Colloque « Télécommunicationsréseaux du futur et services » Fonctions optiqUes pour les Transmissions à très haUt débit dans le Réseau cœur (FUTUR) ANR TELECOM 2006 Thierry Chartier Laboratoire Foton Lannion Fonctions optiqUes pour les Transmissions à très haUt débit dans le Réseau cœur (FUTUR) • • • • • • ANR TELECOM 2006 36 + 6 mois (03/07 09/10) 4 partenaires académiques 3 partenaires industriels 1,1 M€ Labélisé par le pôle Images et Réseaux Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Objectif du projet FUTUR Proposer des solutions tout-optique permettant d’augmenter la portée d’une ligne de transmission optique à très haut débit (170 Gbit/s) Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Contexte scientifique Augmentation du débit dans les réseaux d’accès (FFTH, 1 Gbit/s chez l’habitant) augmentation du débit sur les réseaux longue distance Développer des systèmes de transmission à très haut débit (170 Gbit/s) semble aujourd’hui incontournable A ces débits une gestion fine des effets de dispersion doit être envisager : fibres à gestion de dispersion Les fonctions de traitement du signal (réduction du bruit, conversion de longueur d’onde) doivent être effectués dans le domaine de l’optique : Utilisation de fibres optiques spéciales Utilisation de semi-conducteurs rapides Le consortium FUTUR réunit des acteurs français compétents dans le domaine des composants pour les télécommunications (fibres et semi-conducteurs) et des systèmes de transmissions à très haut débit. Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Transmission à très haut débit Fibres optiques à gestion de dispersion Données optiques à 170 Gbit/s Emetteur Fonction optique Récepteur Régénérateurs tout-optiques Convertisseurs de longueur d’onde Attracteur de polarisation Les partenaires de FUTUR • UMR CNRS 6082 FOTON, Lannion : Systèmes de télécommunications à haut débit • UMR CNRS 5209 ICB, Dijon : Communications optiques, synthèse de verres, fibres optiques • UMR CNRS 6226 EVC (Sciences Chimiques de Rennes : Synthèse de verres, fibres optiques • UPR20 CNRS LPN, Marcoussis : composants à semi-conducteurs FOTON III-V Lab PERFOS Lannion Rennes Marcoussis LPN IXFIBER EVC ICB • PERFOS, Lannion : fabrication de fibres optiques spéciales • IXFiber, Lannion : fabrication de fibres optiques spéciales • Alcatel-Thales III-V Lab, Marcoussis : composants à semi-conducteurs III-V Académiques Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Industriels FUTUR en 5 sous-projets (SP) SP1 : Modélisation, conception et caractérisation d’une ligne de transmission mono-canal à 170 Gbit/s (Foton) SP2 : Conception de fonctions optiques à base de fibres optiques spéciales (ICB) SP3: Conception de fonctions optiques à base de semiconducteurs (LPN) SP4 : Validation système à 170 Gbit/s optiques (Foton) SP5 : Pilotage du projet (Foton) des fonctions SP1 : Modélisation, conception et caractérisation d’une ligne de transmission mono-canal à 170 Gbit/s (Foton) Mises en œuvre expérimentales de la ligne à 170 Gbit/s Simulations numériques de la ligne à 170 Gbit/s Fabrication de la fibre à gestion dense de dispersion Modélisation de la fibre à gestion dense de dispersion Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP1 Fabrication d’une fibre à gestion dense de dispersion et validation expérimentale Liaison déployée DSF DSF 7 Fibre DDM Fibre DSF Fibre NZ DSF 6 DDM D<0 D>0 Penalité 5 DDM DDM 4 3 2 1 NZ-DSF NZ-DSF NZ-DSF 0 -5 0 5 10 15 20 Puissance de ligne (dBm) • Seuil des effets non-linéaires repoussé de 3 dB par rapport à une fibre DSF classique Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Power (mW) SP1 Mise en place d’une boucle à recirculation à 170 Gbit/s MZI Génération d’impulsions courtes à 42.5 GHz OTDM mux 42.5 170 Gbit/s 1,E-04 1,E-05 BER 27-1 PRBS 42.5 Gbit/s 1,E-03 To receiver Tx Rx 1,E-06 1,E-07 1,E-08 1,E-09 Quantum Dash FP mode-locked laser 42.5 GHz optical clock 1,E-10 Linear chirp compensation 100 EDFA 3.5 nm Compensation de 2, 3 DSF 36 km 200 300 400 500 Distance (km) 150 km pour un TEB de 10-9 600 km pour un TEB de 10-4 Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 600 Bilan SP1 • Validation (en partie) de l’intérêt d’utiliser une fibre à gestion dense de dispersion • Mise en œuvre de la ligne de transmission opérationnelle à 170 Gbit/s Première boucle à recirculation à 170 Gbit/s en France • 1 article + 4 communications Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP2 : Conception de fonctions optiques à base de fibres optiques spéciales (ICB) Synthèse des verres, fabrication de fibres, caractérisation de fibres, études de régénérateurs, attracteur de polarisation Caractérisation de fibres, études de régénérateurs Synthèse des verres, fabrication de fibres, caractérisation de fibres Fabrication de fibres, caractérisation de fibres Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP2 Démonstration de fibres optiques en verre de chalcogénure aux non-linéarités record • 25 dB/m 0,35 dB/m : record de transmission • 190 W-1km-1 31 000 W-1km-1 : record de non-linéarité 2006 2010 • Dispersion trop importante pour l’application visée (régénérateur de Mamyshev) • Brevet sur l’analyse modale des fibres (Foton) Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP2 Applications des fibres optiques nonlinéaires • Applications télécom Automodulation de phase Mélange à quatre ondes • Applications à la génération de supercontinuum Dans l’infrarouge moyen Dans le visible Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP2 Régénération à base de fibres optiques • Solution originale de régénérateurs de Mamyshev à 40 Gbit/s • Sensibilité à la dispersion chromatique à 170 Gbit/s Régénérateur à semi-conducteurs + fibre (SP3) Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP2 Démonstration d’un attracteur de polarisation aux longueurs d’onde télécom Repolarisation sans perte d’un signal optique Stabilisation de la polarisation d’une séquence aléatoire 10 Gbit/s Scrambl eur de Polarisat ion Laser S ignal 10 Gbit /s 1548-nm Ampli Fibre NZ-DSF 20 km Circula Laser P ompe 1545-nm teur Evacuatio n de la pompe Ampli Circula teur Analyse de la polarisa tion du signal Technique brevetée (ICB) Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Bilan du SP2 • • • • • • • • Fibres optiques aux non-linéarités record Régénérateurs tout optique à 40 Gbit/s Attracteur de polarisation à 1550 nm Application à la génération de supercontinuum 10 articles 2 brevets 45 communications (dont 10 invitées) 1 projet ANR (2009) + 1 dépôt prévu en 2011 Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP3 : Conception de fonctions optiques à base de semi-conducteurs (LPN) Conception et fabrication de composants absorbant saturable à semi-conducteurs Conception et fabrication d’amplificateurs à semiconducteurs Simulations numériques, caractérisation de composants, conception de fonctions optiques Caractérisation des composants, conception et réalisation de fonctions optiques Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP3 Régénération à 170 Gbit/s • Absorbant saturable + fibre optique nonlinéaire Power limiter ER enhancement OC 1,E-04 1,E-05 HNLF 0 0 (b) 10 10 Time (ps) 0 0 10 Time (ps) BER SA Power (a.u.) 10 Power (a.u.) Power (a.u.) 3 nm (a) Referencenoaddednoise ReferenceOSNR16,5dB ReferenceOSNR12,5dB 2Rnoaddednoise 2ROSNR16,5dB 2ROSNR12,5dB 1,E-03 (c) 1,E-06 1,E-07 1,E-08 10 0 0 1,E-09 10 Time (ps) 1,E-10 -35 -33 -31 -29 -27 -25 -23 -21 Receiver input power (dBm ) • Première démonstration de la capacité de ce régénérateur à réduire le bruit optique en excès à 170 Gbit/s. Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP3 Régénération à 40 Gbit/s BER • Absorbant saturable pour les « 0 » • Absorbant saturable limiteur de puissance pour les « 1 » : première démonstration 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 1.0E-08 1.0E-09 1.0E-10 1.0E-11 -2.05 Reference SA.0 only SA.1 only Tandem SA.0 SA.1 -1.95 -1.85 -1.75 -1.65 Decision threshold (volt) • Bande passante non compatible à 170 Gbit/s • Régénération d’un signal RZ-DQPSK à 28 Gbaud Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 SP3 Conversion de longueur d’onde Amplificateur à semi-conducteurs (SOA) • Pompe sonde à 10 GHz, impulsions 1,5 ps • SOA à îlots quantiques + filtrage décalé • Réduction à 3 ps du temps de recouvrement du gain du SOA (effets « intrabande ») Avec filtrage décalé (2,3 nm vers les hautes longueurs d’onde) 1 0.8 TT==99ps ps 0.6 Measured data Exponential fit 0.4 80 100 120 Time (ps) 140 Probe power (a.u) Probe power (a.u) QDot SOA, 5 mm @ 800 mA (8 kA/cm²) 1 0.8 T = 3 ps 0.6 Measured data Exponential fit 0.4 80 100 120 Time (ps) 140 Compatibilité à 170 Gbit/s Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Bilan SP3 • Régénération à 170 Gbit/s (absorbant + fibre) • Régénération à 40 Gbit/s (absorbant limiteur) • Conversion de longueur d’onde compatible avec un signal à 170 Gbit/s • 4 articles • 6 communications Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Bilan de FUTUR Sept résultats scientifiques majeurs • Démonstration d’une ligne de transmission à 170 Gbit/s, • Fabrication de fibres optiques aux non-linéarités record, • Régénération à base de fibres non-linéaires à 40 Gbit/s • Démonstration d’un attracteur de polarisation aux longueurs d’onde télécom à 10 Gbit/s, • Régénération à 170 Gbit/s à base d’absorbant saturable et de fibre non linéaire • Régénération à 40 Gbit/s à base de 2 absorbants saturables, l’un ayant une fonction de limiteur de puissance, • Conversion de longueur d’onde à base d’un SOA à îlots quantiques et d’un filtrage décalé compatible 170 Gbit/s. Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Bilan de FUTUR Rayonnement scientifique • • • • • • 15 articles 55 communications (dont 10 invitées) 2 brevets 1 projet ANR (2009) + 1 dépôt prévu en 2011 8 actions de vulgarisation 6 thèses soutenues (3 à Foton, 2 à ICB, 1 à LPN) Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Perspectives • Fibres optiques non-linéaires (télécom et hors télécom) • Attracteur de polarisation • Traitement du signal optique à très haut débit et pour les nouveaux formats de modulation (absorbants saturables et SOA) Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010 Remerciements • ANR • Pôle Images et Réseaux • Coordinateurs : M. Gay, L. Bramerie, J. Fatome, J. Troles, J.-L. Oudar, D. Tregoat (N. Traynor), B. Cadier, R. Brenot (G. H. Duan) • A tous les chercheurs, enseignant-chercheurs, ingénieurs, techniciens, secrétaires et étudiants ayant contribué au succès du projet Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010