Annales Optoélectronique Système - Examens Master SPI UVSQ

Version du 04 juillet 2005
Université de Versailles Saint-Quentin
Annales Master SPI
Sujets et corrigés des examens de Maîtrise EEA 2002-2004 et
Master SPI 2004-2005
Matière : Optoélectronique
(partie Optoélectronique Système – Enseignant : Luc Chassagne)
Mots clés : Photodétecteur – Diode laser – Système de transmissions numériques en
optoélectronique

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UVSQ Maîtrise EEA 2002-2003
Optoélectronique
Contrôle continu d’Optoélectronique
(Documents et calculatrice autorisés - 2 heures)
Exercice 2 : (12 points)
On considère le schéma de principe du système de transmission de la Figure 1 :
-
+
DL
I(t)
Canal de transmission
optique à 1330 nm
Photodiode
Vs(t)
R = 100 Ω
Figure 1
Les caractéristiques des composants utilisés sont en annexes. Le canal de transmission
est dimensionné pour 1330 nm. Il comprend un système de collimation, une fibre optique et
un connecteur de sortie. On supposera l’ensemble parfait.
1 – Dans un premier temps, I(t) est un courant constant de polarisation : I(t) = I1. Quel signe
doit avoir I1, et quelle valeur peut-on prendre si l’on veut se polariser au milieu de la
caractéristique de la diode ? Quelle est alors la puissance optique nominale émise sur le
canal ?
2 – La source de courant I(t) est maintenant modulée en amplitude afin de transmettre une
information sous forme binaire dans le canal. I(t) vaut alternativement I1 pour coder un « 1 »
logique et I0 = 20 mA pour coder un « 0 » logique. Représentez les chronogrammes de I(t), de
P(t) la puissance optique dans le canal, et de Vs(t) pour la séquence de codage suivante :
« 010110 ». Le temps correspondant à un moment d’information est de 1 µs.
3 – Faire un bilan des sources de bruit de l’étage de photodétection, en considérant que la
diode laser est alimentée par I1 précédemment calculé. On donnera l’expression de ces
sources de bruit sous forme de sources de bruit de courant, et on cherchera leurs valeurs
numériques. Quelle est la source de bruit limitative ? Calculer le rapport signal à bruit en
sortie dans le cas d’un « 1 » logique, dans une bande de 1 MHz.
4 – Dans le cas d’un « 0 » logique, quelle est la source de bruit limitative ?

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5 – Quelle(s) conséquence(s) a la modulation d’amplitude du courant sur l’onde optique
transmise.
6 – Calculez la bande passante du montage transimpédance.
7 – En tenant compte des questions précédentes, discutez sur la valeur de R du montage.
Exercice 2 : (8 points)
Un système de transmission PSK4 est utilisé. Quatre états de phase permettent de
coder 4 combinaisons binaires de deux bits : φ0 = 00 ; φ1 = 01 ; φ2 = 11 ; φ3 = 10. Une onde
porteuse sinusoïdale à f0 = 100 MHz est utilisée, la fréquence de modulation est de 10 kHz.
1 – Représentez la séquence suivante : « 01001110 » en précisant correctement les valeurs
numériques sur le chronogramme. Quel est le taux de transmission en bauds ?
2 – On considère le schéma de principe du système de réception de la Figure 2 :
v
e
(t) = V
e
cos(ω
0
t+φ)
Passe bas
Passe bas Sortie
binaire
v
0
(t) = Vcos2πf
0
t
v
1
(t) = Vsin2πf
0
t
+
-
+
-
Logique
de
décodage
Figure 2
Montrez que ce système permet de démoduler le signal PSK4. On expliquera le rôle de
chaque composant.
3 – Comment pourrait-on modifier ce système pour qu’il soit utilisable avec un codage
PSK8 ?

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ANNEXES
Photodiode
NEP = 2.10-15 W/Hz1/2
Amplificateur opérationnel
AOP BP Gain min Slew rate A Noise
(at 1kHz)
OPA606 16 MHz 1 135 V/µs 1,7 fA/Hz-1/2
Diode laser
Wavelength range 1300-1350 nm
Mode hop spacing > 30 nm
Linewidth 300 kHz
Wavlength temperature coefficient 0,27 nm/°C
Wavlength current coefficient 0,01 nm/mA
Threeshold current (courant de seuil) 30 mA
Maximum current 70 mA
Efficiency (for current >threeshold current) 0,1 mW/mA

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UVSQ Maîtrise EEA 2002-2003
Optoélectronique
Examen de septembre d’Optoélectronique
(Calculatrice autorisée – 1h30 heure)
Exercice 1 :
1 – A quels principaux paramètres la longueur d’onde d’une diode laser est-elle sensible ?
2 – Qu’appelle-t-on « chirp de fréquence » ? Expliquez le phénomène (origine, conséquences,
etc).
Exercice 2 :
1 – Rappeler le principe d’un montage transimpédance associé à une photodiode.
2 – Rappeler en détail les différentes sources de bruit du montage.
3 – Quelle(s) influence(s) cela a-t-il de polariser ou non la photodiode ?
Exercice 3 :
1 – Quelles sont les propriétés et les caractéristiques importantes d’une fibre optique ?
Détaillez.
2 – Qu’appelle t-on dispersion chromatique. Expliquez le phénomène (origine, conséquences,
etc).
Exercice 4 :
1 – Rappelez le principe d’une modulation QAM.
2 – Dans une liaison fibrée, expliquez le principe du diagramme de l’œil (utilisation, intérêt,
caractéristiques, etc).