Cristaux photoniques 1D et 2D

Cristaux photoniques 1D et 2D
Réseaux de Bragg en CDMA optique
Fibres à cristal photonique
Projet crédits incitatifs FDRO
le 29 janvier 2004
Plan de la présentation
- Réseaux de Bragg en CDMA optique
- Définition du CDMA optique
- Réalisation expérimentale d’un système
- Conclusion et perspectives
-Fibres à cristal photonique
- Différents types et applications
- Modélisation
- Caractérisation
- Conclusion et perspectives
Accès multiple à répartition par le code:
CDMA optique temporel à séquence directe
Réduire la densité spectrale de puissance du signal à émettre par une technique
d’étalement de spectre
Emission: modulation des données binaires de durée Tb de chaque utilisateur par un
code d’étalement personnel composé de N chips de durée Tc =Tb/N
Réception: décryptage des données de l’utilisateur par son code d’étalement ou sa « clé
de codage »
Avantages de la technique
Partage de la ressource par un nombre maximal d’utilisateurs authentifiés par leur code
personnel
Emission asynchrone de données multi-utilisateurs dans la même bande de fréquences
Protection contre les brouilleurs
Confidentialité des données en les cachant dans le bruit du canal
Objectifs visés par le CDMA optique
Réduction des coûts d’installation de ce type de réseau
Augmentation des débits d’accès standard (155 Mb/s)
Réseaux de Bragg en CDMA optique
Séquence CDMA optique
001001001
Données
Laser 1
Mod.
FBG 1
Données
Laser 2
100010001
Coupleur
2×1
Fibre
optique
(5 km)
Mod.
FBG 2
Observation du
taux d'erreurs
binaires #1
Photodiode 1
Observation du
taux d'erreurs
binaires #2
Photodiode 2
Ampli
optique
(EDFA)
FBG 1
FBG 2
Coupleur
1×2
Génération d'une séquence CDMA optique
Séquence de données
Signal CDMA optique
t
t
Code utilisateur # 1
t
- débit binaire (données) : 2Gb/s
- débit chip : 20 Gchips/s
Code unipolaire
1 0 0 0 1 0 0 1
t
Choix du code optique utilisateur
Choix des séquences premières (Prime sequence:PS) plus intéressantes que les codes
optiques orthogonaux (OOC) car meilleure capacité de multiplexage
N
L
ω
Séquences de codes PS
3
9
3
Code 1 : 100100100
Code 2 : 100010001
Code 3 : 100001010
ω:poids du code (nombre de chips à 1)
L: longueur du code (nombre de chips)
N: nombre d’utilisateurs
Décodage électrique / décodage optique
Décodage Electrique
Décodage Optique
001001001
001001001
Détecteur
001001001
Chips
Optiques
Bit
Électrique
Chips
Electiques
Décodeur
Électrique
Chips
Optiques
Bit
Électrique
Décodeur
Optique
Bit
Optique
Détecteur
- Détection multi-utilisateurs possible
- Système tout optique
- Détection chips ⇒ Large bande passante du
détecteur
- Largeur bande passante du détecteur plus
faible qu’en électrique
- Nécessité d’une conversion optique / électrique
- Affectation déterministe des codes
Réalisation expérimentale des fonctions
codage et décodage
Séquence CDMA optique
générée lors du codage
1
00
1
00
1
Impulsion utilisateur reconstituée
lors du décodage
00
λb= 1551.095 nm
Conclusion et perspectives
- Bon rapport de puissance sur la liaison testée
- Bon rapport signal sur bruit en sortie après décodage
Implantation du deuxième codeur
Mesure du taux d’erreur binaire
Plan de la présentation
- CDMA optique
- Définition du CDMA optique
- Réalisation expérimentale d’un système
- Conclusion et perspectives
-Fibres à cristal photonique
- Différents types et applications
- Modélisation
- Caractérisation
- Conclusion et perspectives
Types de fibres à cristal photonique
Fibre à bande interdite photonique (cœur creux)
- très faibles non linéarités
- seuil de dommage faible
- faible coefficient de Fresnel à l’entrée de la fibre
Fibre microstructurée (cœur plein)
- non linéarités ajustables
- dispersion chromatique ajustable
- brisure de symétrie de la structure
Applications des fibres microstructurées
(a)
(c)
(b)
(d)
(a)Génération de supercontinuum
avec une fibre hautement non linéaire
(b)Transmission fortes puissances optiques
(télécommunication, lasers, amplificateurs)
avec une fibre monomode à large cœur
(c)Fibre à maintien de polarisation
avec rupture de la symétrie de la fibre
(d) Fibre à large ouverture numérique
Applications fibres à bande interdite photonique
- Dans le domaine des télécommunications
( transmission de fortes puissances et de faibles pertes de propagation)
- Lasers à gaz
- Transmission de la lumière UV très absorbée dans la silice
Fibre microstructurée: coupe MEB
- Interstice Λ=2.3µm
- Rapport d/Λ=0.75
d
Λ
Modélisation d’une fibre microstructurée:
Diagramme de dispersion
- Comportement bimode à 1.55µm
- Modes guidés en nombre dénombrable
mode fondamental
indice effectif gaine
Modélisation d’une fibre microstructurée:
Courbe de dispersion chromatique en fonction de d/Λ
- Dispersion de plus en plus importante quand d/Λ augmente
- Dispersion ajustable en fonction de d/Λ
Modélisation d’une fibre BIP:
détermination bandes interdites photoniques
Fréquence normalisée k0Λ
[ J. Broeng et al., Opt. Lett. 25, 96 (2000) ]
k0
=
β
β=k0neff
Constante de propagation normalisée βΛ
Bandes
interdites
photoniques
Modélisation d’une fibre BIP:
Modes de la fibre à bande interdite photonique
Fréquence normalisée k0Λ
[ J. Broeng et al., Opt. Lett. 25, 96 (2000) ]
Modes guidés
fondamental et ordre 2
k0
=
β
n eff
k
0
β=
n
k
0 s
=
β
Guidage classique
Constante de propagation normalisée βΛ
Mode
fondamental
guidé dans
l’air
Caractérisation d’une fibre microstructurée
réflectométrie à faible cohérence
Principe du réflectomètre:
- interféromètre de Michelson éclairé par une source à faible cohérence
(diode super luminescente, amplificateur à fibre dopée Erbium)
But de la méthode:
-mesures localisées de la dispersion chromatique et de la biréfringence
de la fibre sur des tronçons de courte longueur avec une bonne précision
Face d’entrée
Face de sortie
Réflectogramme (u. a.)
Caractérisation d’une fibre microstructurée
-3
-2
-1
0
1
Position dans l'air (mm)
- Élargissement du réflectogramme
- Battements dans le réflectogramme
2
3
Dispersion
chromatique
Biréfringence
)
s
p
(
Caractérisation d’une fibre microstructurée
1. Dispersion chromatique
e
p
u
o 20
r
15
g
10
e
d 5
GVD1550nm = 115,8 ps/nm/km
GVD1300nm = 96,7 ps/nm/km
À comparer
à
s 0
p
m -5
e
-10
T
-15
-20
GVD1550nm = 115 ps/nm/km
GVD1300nm = 92 ps/nm/km
(simulation Femlab)
1520
1540
1560
1580
1600
Longueur d'onde (nm)
1620
Caractérisation d’une fibre microstructurée
2. Biréfringence
)
B -20
d
( -30
Face d'entrée (dB)
Face de sortie (dB)
Δλ/λ = LB/2L
B = |nx–ny| = λ/LB
B = λ2/(Δλ•2L)
e -40
l
u -50
d
o -60
M
-70
Δλ = 6,7 nm, λ = 1550 nm, L = 80,8 cm
B1550nm = 2,26•10-4
B1300nm = 1,41•10-4
-80
-90
1520
1540
1560
1580
1600
Longueur d'onde (nm)
1620
A comparer à:
B1550nm = 2,10•10-4
B1300nm = 1,32•10-4
(simulation Femlab)
Biréfringence évaluée à partir de l’écart spectral des lobes
Conclusions et perspectives
-Modélisation des paramètres d’une fibre microstructurée
- dispersion chromatique
- diagramme de dispersion
Développement de la modélisation d’une fibre à bande interdite
photonique
-Caractérisation des paramètres d’une fibre microstructurée
- dispersion chromatique
- biréfringence
Caractérisation d’une fibre à bande interdite