Contribution à l'étude de portes optiques à base d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour le traitement tout-optique de signaux de télécommunication à très hauts débits - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Contribution to the study of optical gates based on semiconductor optical amplifiers for all-optical processing of very high bit-rate telecommunications signals

Contribution à l'étude de portes optiques à base d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour le traitement tout-optique de signaux de télécommunication à très hauts débits

Résumé

The aim of this PhD work is the study of optical regenerators and wavelength converters' architectures based on semiconductor optical amplifiers.
Once some general ideas on transmission systems have been laid out, particularly signal propagation impairments, wavelength conversion and all optical signal regeneration's principles are presented. Notions like optical gates, characteristic function or 1R, 2R and 3R regeneration are explained. Then the problematic of wavelength converters and regenerators' characterization is dealt with. A state of the art of different wavelength conversion and regeneration techniques is finally presented.
Semiconductor optical amplifiers (SOA) are ideal candidates for use as key-elements of wavelength converters and all optical regenerators. They have thus been chosen as nonlinear elements of the architectures in this work.
As a consequence, an original 3R regenerator based on two wavelength converters (a SOAbased nonlinear optical loop mirror, SOA-NOLM, and a dual stage of SOA, DSSOA) has been implemented and experimentally investigated in a 100 km recirculating loop at 10 Gbit/s. At least 1000 regenerating cascades have been achieved enabling a 100,000 km error-free transmission. Moreover this device was unexpectedly polarization insensitive. So a detailed study has highlighted that the polarization sensitivity of an SOA can change according to operating conditions (self-saturation, cross saturation, signal wavelengths, signal polarizations ...). We have thus shown that the phenomenon which governs the polarization sensitivity states of the SOA when used in a XGM mode is a wave mixing between pump and probe. This process makes the gain spectrum to be dissymmetric, in different ways according to the respective polarization states of the two waves.
Finally, operation at higher bit rates (>40 Gbit/s) is the last step of this work. SOA are limited by gain recovery times, so the problematic of reducing and measuring this parameter is dealt with. Then new SOA-based architectures allowing access to greater line rates are studied. So a wavelength conversion scheme exploiting cross phase modulation in a SOA in conjunction with shifted filtering is analysed at different line rates and for different types of filtering. Error free performance has been obtained at 80 Gbit/s using blue shifted filtering.
Ce travail de thèse est consacré à l'étude d'architectures de fonctions optiques à base d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour la conversion de longueur d'onde et la régénération tout-optique à très haut débit.
Après une présentation générale des systèmes de transmission optique, et notamment des dégradations subies par le signal lors de son transport, les principes de la conversion de longueur d'onde et de la régénération tout-optique sont abordés. Les notions de portes optiques, de fonction caractéristique, de régénération 1R, 2R et 3R sont introduites et expliquées, puis la problématique de caractérisation des fonctions optiques pour la conversion de longueur d'onde et surtout la régénération est traitée. Enfin, un état de l'art des différentes techniques est présenté.
L'amplificateur à semi-conducteurs (SOA) présentant de nombreux attraits pour les applications de conversion de longueur d'onde et de régénération, celui-ci a constitué le coeur des fonctions optiques étudiées.
Ainsi, l'association de deux convertisseurs en longueur d'onde, un miroir à boucle optique non-linéaire (NOLM-SOA) et un double étage de SOA (DSSOA), a permis de réaliser un régénérateur 3R original. L'introduction de celui-ci dans une boucle à recirculation de 100 km a montré sa capacité régénérative puisqu'une transmission sans erreur à 10 Gbit/s et sur 100 000 km a ainsi pu être réalisée. De plus, ce dispositif a montré une très grande stabilité, notamment aux variations de polarisation du signal de données. Une étude approfondie a mis en évidence qu'un même SOA peut être plus ou moins sensible à la polarisation selon sa configuration d'utilisation (auto-saturation, saturation croisée, selon les longueurs d'onde des signaux, leurs polarisations ...). Nous avons ainsi établi que le phénomène à l'origine de cette modification de sensibilité est un mélange d'ondes entre la pompe et la sonde conduisant à une dissymétrie du spectre de gain dépendante des états de polarisation respectifs des deux ondes.
Enfin, la montée en débit a constitué la dernière étape de ces travaux. Les SOA étant limités par le temps de récupération du gain, la problématique du raccourcissement et de mesure de ce temps a été traitée. Puis de nouvelles architectures, à base de SOA, compatibles avec les très hauts débits ont été recherchées. Une technique à base de modulation de phase croisée dans un SOA convertie en modulation d'amplitude par un filtre décalé a été étudiée à différents débits et pour différentes conditions de filtrage. Une conversion de longueur d'onde sans erreur à 80 Gbit/s a été obtenue grâce à un filtrage décalé vers les courtes longueurs d'onde.
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Dates et versions

tel-00411254 , version 1 (26-08-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00411254 , version 1

Citer

Gwenaëlle Girault. Contribution à l'étude de portes optiques à base d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour le traitement tout-optique de signaux de télécommunication à très hauts débits. Physique [physics]. Université Rennes 1, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00411254⟩
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