FMSIE235 - Master EEA Amplification Optique

%&1"35&.&/5%h&/4&*(/&.&/5
&-&$530/*26&&-&$5305&$)/*26&"650."5*26&
FMSIE235 - Master EEA
Amplification Optique - Notes de Cours
Mikhaël MYARA
[email protected]
1er février 2008

Table des matières
1 Contexte 5
1.1 Telecommunications optiques numériques à longue distance ............. 5
1.1.1 Généralités ...................................... 5
1.1.2 Fibres Monomodes, Fibres Multimodes ...................... 6
1.2 But des amplificateurs optiques ............................... 7
1.3 Influence de l’atténuation .................................. 9
1.4 Bande Passante de la G652 ................................ 9
1.5 Réamplification Electrique du Signal ............................ 11
1.6 Solution élégante : la réamplification du signal par voie optique ............ 11
1.7 Schéma de principe d’un amplificateur optique ...................... 13
2 Lasers pour Télécom Longue Distance 15
2.1 Caractéristiques des Lasers à Semiconducteur ..................... 16
2.2 Lasers de Pompe ....................................... 17
2.3 Lasers "Signal" ........................................ 17
3 Amplification Optique par Fibre Dopée Erbium 19
3.1 Interactions lumière-matière ................................. 19
3.1.1 Cas d’une interaction entre la lumière et un gaz ................. 19
3.1.2 Cas d’un solide isolant ............................... 21
3.2 Fibre Dopée Erbium ..................................... 22
3.3 Spectroscopie de l’ion Erbium ............................... 22
3.4 Mécanique de l’Amplification Optique par Fibre Dopée ................. 23
3.5 Durée de Vie des Niveaux de l’Erbium ........................... 25
3.6 Mise en équation de l’Amplificateur Optique à Fibre Dopée (AOFD) .......... 25
3.6.1 Atténuation dans une Fibre Optique Passive dominée par la diffusion Ray-
leigh .......................................... 25
3.6.2 Atténuation dans une fibre optique passive dominée par l’absorption ..... 27
3.6.3 Amplificateur Optique à Fibre Dopée Erbium ................... 31
3.7 Résolution des équations de l’AOFD ............................ 35
3.8 Résultats de Simulation ................................... 36
3.8.1 Valeurs des Paramètres ............................... 36
3.8.2 Propagation des puissances pompe et signal dans la fibre ........... 37
3.8.3 Puissance de Saturation .............................. 38
3.9 Autres Caractéristiques des Amplificateurs à Fibre Dopée Erbium ........... 39
3.9.1 Bande Passante Optique .............................. 39
3.9.2 Résidu de Pompage ................................. 39
3.9.3 Fibre Monomode et Fibre à Double Coeur .................... 39

4Table des matières
3.9.4 Réinjection optique dans le laser signal ...................... 40
3.9.5 Risque de créer un laser .............................. 41
3.9.6 Pompage Contrapropagatif ............................. 41
3.9.7 Pompage à 1480nm ................................. 42

Chapitre 1
Contexte
1.1 Telecommunications optiques numériques à longue distance
1.1.1 Généralités
Le but d’un système de télécommunications numérique est de pouvoir transférer un débit
d’information très grand sur des distances très longues. En effet, les équipements pour réaliser
une communication longue distance ne sont rentables que si le débit est élevé, puisqu’on ne peut
proposer le service de télécommunication à un grand nombre d’abonnés que si le débit est élevé
(chaque client utilise une certaine fraction du débit total).
#LIENTS #LIENTS
,IGNEDECOMMUNICATION
•Le débit numérique se mesure dans des unités comme le kbit/s,Mbit/s,Gbit/s ... Ce chiffre
représente le nombre de 0et de 1que l’on peut transférer par unité de temps : 1Gbit/s =
109bit/s, soit environ 100Mo/s. On doit donc faire passer un signal dont la forme est la sui-
vante :
Pour faire passer un tel signal à travers une liaison longue distance, il faut bien entendu que
la liaison permette une bande passante analogique suffisament grande, sans quoi le signal
sera trop déformé et on ne pourra plus reconnaitre les 0des 1en sortie. Les normes de télé-
com par fibre optique prévoient qu’il faut typiquement 0.7Hz/(bit/s). Donc pour 1Gbit/s,il
faut typiqmement 700MHz de bande passante électrique. Dans ce cours, on fera l’approxi-
mation 0.7Hz/(bit/s)≈1Hz/(bit/s), ce qui ne changera pas les ordres de grandeur.
•La distance de la liaison va être, en première approximation, limitée par l’atténuation que
subit le signal dans la fibre.
Dans une liaison télécom optique, c’est une fibre optique qui va servir de support pour la
transmission - au lieu de câble de cuivre - et les signaux seront de la lumière émise par des lasers