Colorless transmitters for high bit-rate wavelength division multiplexed optical access network
Émetteurs achromatiques pour le réseau d'accès optique haut débit multiplexé en longueurs d'onde
Résumé
To meet the ever-increasing bandwidth demand due to the rapid growth of broadband services, wavelength division multiplexed passive optical network (WDM-PON) has been considered as one of the most powerful candidates for the next-generation access network. However, the cost reduction and the flexibility are still key requirements to deploy this access technology. In this context, the objective of this thesis is to study the colorless transmitter solutions based on advanced optoelectronic components for WDM-PON. Two types of colorless transmitters based on reflective modulator technologies are studied: the injection-locked Fabry-Perot laser diode (IL-FP) and the reflective amplified modulator based on monolithic integration of R-EAM-SOA. The physical characterization of IL-FP under the injection-locking regime is investigated, including the locking efficiency, intensity noise, the direct modulation, the linewidth enhancement. The dependence of these properties onto injection parameters (injected power, wavelength detuning) is also determined. Both static and dynamic characterizations of R-EAM-SOA are performed. The advanced functionalities of R-EAM-SOA, including the optical detection and noise-mitigated regeneration, are demonstrated, which prove the high potential of this component for multifunctional device in optical access network. The quantum-dash mode-locked laser (QD-MLL) is proposed, for the first time, to be used as a coherent multi-wavelength seeding source for WDM-PON. The suppression of mode partition noise (MPN) of QD-MLL-based seeding source when combined with the studied reflective modulators is shown. The integration of these components in WDM-PON architectures is experimentally realized. The feasibility of 2.5 Gb/s per channel WDM-PON systems using IL-FP injected by QD-MLL-based seeding source is assessed for different network architectures. The scalability up to 10 Gb/s per channel of WDM-PON system using R-EAM-SOA injected by QD-MLL-based seeding source is demonstrated. A bidirectional WDM-PON architecture allowing a total capacity as high as 240 Gb/s in downstream and 60 Gb/s in upstream using the proposed colorless transmitter solutions is experimentally demonstrated. One of the principle impairments of bidirectional WDM-PON system is the Rayleigh backscattering (RB) effect from which the produced interferometric noise is studied. The impact of RB noise on WDM-PON transmission performances is also analyzed.
Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la forte évolution du réseau d'abonnées sur fibre optique (FTTH). Elle a l'objectif d'étudier les solutions d'émetteurs dits "achromatiques" à base de nouveaux composants optoélectroniques pour les réseaux d'accès optiques multiplexés en longueurs d'onde (WDM-PON). Ces émetteurs doivent être peu chers et identiques chez tout abonné quelque soit la longueur d'onde de fonctionnement. Deux types d'émetteurs achromatiques à base de modulateur réflectif sont étudiés dans cette thèse : le laser Fabry-Perot verrouillé par injection optique (IL-FP) et le modulateur électro-absorbant amplifié en réflexion (R-EAM-SOA). Les caractéristiques de l'IL-FP en régime de verrouillage sont évaluées en termes de bruit d'intensité, de modulation, de facteur de couplage phase-amplitude,... La caractérisation tant statique que dynamique est aussi effectuée pour le second composant R-EAM-SOA. D'autres fonctionnalités de ce composant comme la détection directe et la régénération promettent son grand potentiel pour la réalisation d'un dispositif multifonctionnel pour le réseau d'accès. Il est également proposé d'utiliser pour la première fois, le laser à bâtonnets quantiques à blocage de modes (QD-MLL) comme source d'injection multi-longueurs d'onde cohérentes pour l'accès optique WDM. Il est montré qu'il est possible de supprimer le bruit de partition de modes associé à ces structures à blocage de modes. Finalement l'intégration de ces trois composants dans des architectures WDM-PON est réalisée. La faisabilité des systèmes WDM-PON à 2,5 Gb/s à base des IL-FP injectés par une source QD-MLL est évaluée pour différentes configurations et architectures réseau. La montée en débit à 10 Gb/s est prouvée en utilisant le R-EAM-SOA. Un système WDM-PON bidirectionnel avec une capacité de 240 (24 x 10) Gb/s en voie descendante et 60 (24 x 2,5) Gb/s en voie montante a été démontré en utilisant ces solutions d'émetteurs achromatiques proposées. Une des principales sources de dégradation du système WDM-PON bidirectionnel est la rétrodiffusion de Rayleigh pour laquelle le bruit interférométrique produit est étudié. L'impact de ce bruit sur les performances en transmission du système WDM-PON est aussi analysé.