Techniques de régénération tout-optique 2R et 3R

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Techniques de régénération tout-optique 2R et 3R
JC.Simon, L.Bramerie, M.Gay, G. Girault, G. Moreau, E.Le Cren, V.Roncin,
S.Fève, F.Ginovart, JM. Goujon, ML.Charès, T. Chartier,
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH©)2721ª
/DERUDWRLUHG¶2SWURQLTXHGHO¶(166$7
&156805)2721
/DQQLRQ
Plan de la présentation
z
Principes généraux
z
Portes optiques et techniques de régénération
UMR 6082 FOTON
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Pourquoi régénérer les signaux optiques ?
• liaison régénérée longue distance
>> accumulation du bruit
• Hyp: pas de gigue temporelle
N
OA
NLOG
OSNR0.1nm=21.5 dB
615 

%(5 ≈ exp  − N
 pour une amplification linéaire
1 

%(5 ≈ 1 exp (− N615 ) pour une régénération 2R idéale
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Principe de la régénération tout-optique: 2R (1)
« $XWR5pJpQpUDWLRQ5ª
VLJQDOHQWUpH
7UDQVPLVVLRQ
Porte Optique non-linéaire
3LQ
VLJQDOVRUWLH
•Exemples: absorbant saturable, interféromètre non-linéaire
+ simple, mais nécessité composant très rapides
- ne supprime pas le bruit sur les « 1 »
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Principe de la régénération tout-optique 2R
'5pJpQpUDWLRQ5FURLVpHª
V LJ Q D OH Q WU p H
V R Q G H F R Q WLQ X H
7UDQVPLVVLRQ
3 R U W H 2 S W L T X H Q R Q O LQ p D L U H
3 LQ
6 LJ Q D OV R U WLH ILOW U p
+ Régénère l ’amplitude des « 1 » et des « 0 »
- Nécessite laser local « propre »
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(2)
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Principe de la régénération tout-optique: 3R
Signal
+ régénération complète
- complexe et onéreux
AO
Horloge
optique
Porte
non-linéaire
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Signal régénéré
6
Caractéristiques de la porte non-linéaire
z Amélioration du contraste
z Réduction du bruit
z Suppression de la gigue
0.8
0.6
a.u.
T / Tmax
Optical Transmission
1
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
P / Popt
0.8
1
1.2
Signal Power
UMR 6082 FOTON
−40
−20
0
20
recovered clock time (ps)
40
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Régénération 3R pour Solitons
– Modulation synchrone en ligne pour les systèmes
WDM+solitons à dispersion contrôlée
• 0RGXODWLRQG¶DPSOLWXGHILOWUDJHÎVXSSUHVVLRQEUXLW
• 0RGXODWLRQGH3KDVH
ÎVXSSUHVVLRQJLJXH
recup. horloge
Fibre haute dispersion
a
a
a
EDFA
filtre
MA/MP
→ O. Leclerc et al. (Alcatel), (OHFWURQLFV/HWWHUVµ
→ transmission sans erreur sur 10 000 km @ 40 Gb/s monocanal
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Portes optiques régénératrices
– jEDVHGHILEUHRSWLTXH
• NOLM: miroir à boucle de Sagnac non linéaire
• Interrupteur de Kerr
• Porte à auto-modulation de phase
– jEDVHGHVHPLFRQGXFWHXUV
• Laser bistable (HHI, Berlin)
• Portes à base d ’amplificateurs optiques (SOA)
• Absorbants saturables (guide ou microcavité verticale)
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Portes optiques à fibre (1)
z Utilisation de l ’effet Kerr : très rapide, transparence à la λ
Q QQ,W
GI = k0nL
z Il est possible de contrôler la phase d ’un signal par l ’intensité de ce signal
(automodulation de phase: SPM), ou par celle d ’un autre signal
(intermodulation de phase: XPM)
z Longueurs caractéristiques (pour déphasage de π):
nω
/1/ = 1 avec γ = 2 0
γ3
F$HII
n2= 3.e-16 (SiO2) ou 2.e-14 (chalcog.) cm2W-1
/’ = 7 0 2 β 2
β2 = 10 (SiO2) ou 500 (chalcog.) ps2/km
/DWW =
1
α
αdB = 0.2 (SiO2) ou 100 (chalcog.) dB/km
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Portes optiques à fibre (2)
z 0LURLUGH6DJQDFQRQOLQpDLUH12/0
Lucek,..
Jinno,..
(BT)
(NTT)
1993
1994
Données, λD
Données Régénérées , λC
Horloge, λC
$YDQWDJHV
• rapide, sans bruit additionnel
,QFRQYpQLHQWV
• encombrant, faible efficacité(0,5 Wxkm)
• sensible à la polarisation
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Portes optiques à fibre (3)
z $XWRPRGXODWLRQGHSKDVH630
Mamyshev (Lucent), ECOC‘ 98
Herr et al.(Lucent) OFC 2003
$YDQWDJHV
• très rapide (80Gb/s), sans bruit
• insensible à la polarisation
,QFRQYpQLHQWV
• faible efficacité (0,5 Wxkm), 90 mW/canal
• décalage du spectre, faible tolérance filtre
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Principe de la porte à décalage spectral non-linéaire
z Fréquence: proportionnelle à la dérivée de la phase, donc de
l’intensité, car Q QQ,et GI = k0nL
Intensité
etdéphasage
non-linéaire
Fréquence
instantanée
,
ω
temps
Filtre décalé
ω
temps
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Fibres fortement non linéaires: les fibres à trous
T.M.Monro et al.,
Southampton Uni.,
ECOC 2002
• Travaux en cours en
collab. avec le LVC
(Rennes1) sur les
chalcogénures
• PERFOS: un outil
attendu !
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Portes optiques à base de semiconducteurs
z Amplificateur optique à semiconducteur (SOA):
– Modulation croisée de gain (XGM)
– Modulation croisée de phase (XPM)
•
•
•
•
Interferometre de Sagnac avec SOA (SOA-NOLM)
Interferometre+SOA: Mach-Zehnder (MZI) ou Michelson (MI)
Interrupteur de Kerr à base de SOA
Interferometre non-lineaire ultra-rapide (UNI)
z Absorption saturable croisée (XAM) dans modulateur électroabsorbant (EA) .XULWD«1(&(&2&/31
z absorption saturable croisée dans microcavité à multipuits
+LUDQR«177(OHFW/HWWµ
quantiques
3URMHW5157'$67(5,;“UpJpQpUDWLRQ5j*ELWV
UMR 6082 FOTON
Portes à base de SOA (1)
¼ Modulation croisée de gain (XGM): principe
z 3ULQFLSH: utiliser la saturation du gain et l ’élargissement
homogène de la raie de fluorescence.
Gain
Puissance signal
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Portes à base de SOA (1)
¼ Modulation croisée de gain (XGM)
*ODQFH
a
a
a
Données, λD
Onde locale « propre », λC
Données régénérées, λC
Avantages:
• robuste / variations puissance
• insensible / polarisation
• compatible 40 Gbit/s
• Amélioration du contraste avec
cascade
Inconvénients:
• chirp
• signal inversé
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Portes à base de SOA (2)
¼ Modulation croisée de phase (XPM)
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– Couplage phase-amplitude: l ’indice dépend du gain
– Interféromètre de Mach-Zehnder (MZI)
Données, λD
laser local, λC
→ (MZI hybride SOA/fibre)
+ bon contraste
a
a
a
Données régénérées λC
’XUUKXXV78’
→ Integration monolithique (nombreux labo.):
• $OFDWHO/XFHQW++,(7+=(ULFVVRQ7KRPVRQ«
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+ co-propagatif: rapide
+ reduction du bruit
± sensible / polarisation
- peu tolérant / puissance