Optique dans les Systèmes de Communications Contrôle # 2 #

Professeur : Kamal GHOUMID Année universitaire 2010 −2011
5ème année : GTR & GEII
Optique dans les Systèmes de Communications
Contrôle #2#
Durée d’examen 1h30 min :8h30 min -10 h
(Documents autorisés)
Janvier 2011
Exercice 1 Exercice 2 Total
/9 /11 /20
Bonne chance ...
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Contrôle # 2 # Optique dans les Systèmes de Communications
Exercice -1- : Transmission Numérique sur Fibre Optique.
On se propose d’étudier une liaison numérique sur une fibre optique monomode
à la longueur d’onde de transmission de la troisième fenêtre λ= 1550 nm. Le signal
numérique a un débit Rb= 140 Mbit/s et le codage utilisé est de type 12B1P1C(12
bits de données, 1bit de parité et 1bit de contrôle). La liaison est caractérisée par :
?Fibre optique : monomode à saut d’indice :
- Atténuation de propagation α= 0,18 dB/km.
- Coefficient de dispersion chromatique M= 18 ps/(nm . km).
?Émetteur optique : diode laser ’DL’ :
- Puissance d’émission Pe= 2 dBm.
- Largeur spectrale ∆λ= 1 nm.
?Récepteur optique : photodiode à avalanche ’PDA’ :
- Puissance seuil Pseuil =−44 dBm.
- Puissance de saturation Psat =−13 dBm.
?Pertes à prendre en compte (en plus de l’atténuation) :
- Chaque connecteur d’extrémité Loscon = 0,6dB.
- Épissures pour relier les fibres Losepis = 0,12 dB/km.
- Marge prévisionnelle moyenne de coupure Mprev = 0,15 dB/km.
- Marge de vieillissement Mvieil = 6 dB.
1. Calculer le débit symbole puis en déduire la bande passante minimale requise
pour cette liaison numérique sachant qu’elle excède la limite théorique de Shan-
non de 20 %.
2. En faisant un bilan de puissance convenable, donner la longueur de régénération
maximale autorisée L1max .
3. En faisant un bilan de bande passante convenable, donner la longueur de régé-
nération maximale autorisée L2max .
4. Quelle longueur de régénération maximale doit être choisie ? Pourquoi ?
5. Existe-t-il une longueur de régénération minimale pour ce système ? Si oui cal-
culer sa valeur.
6. Peut-on augmenter le débit binaire du système ? Si oui calculer sa valeur maxi-
male Rbmax .
Niveau : 5ème année GTR & GEII 2Prof : Kamal GHOUMID

Contrôle # 2 # Optique dans les Systèmes de Communications
Exercice -2- : Modulateur électro-optique, Filtre optique 1480 nm / 1550 nm.
On se propose d’étudier un filtre optique qui laisse passer les longueurs d’ondes
situées autour de 1550 nm et qui supprime celles situées autour de 1480 nm. La fonc-
tion optique souhaitée peut être obtenue à partir un modulateur Mac Zenhder à effet
électro-optique intégré sur un guide d’onde optique HxLi1−xNbO3réalisé par échange
protonique sur un cristal de niobate de lithium (LiNb03). L’interféromètre Mac Zenh-
der intégré déséquilibré est représenté sur la figure ci-dessous, il est composé de deux
bras (50% /50%) de mêmes longueurs L. Sur l’un des bras, on applique entre les deux
électrodes espacées d’une distance dune différence de potentiel V(champ électrique
E=V
d). Le wafer de niobate de lithium choisi est de type coupe X, propagation Y.
1. Citer et expliquer les étapes de fabrication du guide d’onde optique HxLi1−xNbO3
par la technique d’échange protonique.
2. Monter que seule la polarisation −→ T E permet de guider la lumière dans le guide
d’onde HxLi1−xNbO3. (On rappelle que l’échange protonique provoque une crois-
sance de l’indice extraordinaire et une légère décroissance de l’indice ordinaire).
3. Rappeler l’expression de la variation d’indice de réfraction ∆ndue à l’effet
électro-optique, puis calculer sa valeur pour la variation de tension V1= 15 V.
(On donne : ne= 2,211 , d = 12 µm et r=r33 = 33 pm/V ).
4. Donner l’expression de la puissance en sortie Pout en fonction de celle en en-
trée Pin, neff , r33 , d, V et L, puis représenter Pout en fonction de la tension V
appliquée.
5. Calculer la tension Vπ(qui permet d’avoir un déphasage égale à π) pour une
longueur L= 1,5cm.
6. Donner l’expression de la longueur L1550 pour laquelle la longueur d’onde λ=
1550 nm est transmise.
7. Donner l’expression de la longueur L1480 pour laquelle la longueur d’onde λ=
1480 nm est supprimée.
8. En déduire la valeur de la plus petite la longueur L1480/1550 qui permet de réaliser
la fonction ’filtre optique’ souhaitée.
•Quelques valeurs concernant les indices de réfractions du LiNbO3:
– À la longueur d’onde λ= 1550 nm on a : ne= 2,138 , no= 2,211.
– À la longueur d’onde λ= 1480 nm on a : ne= 2,140 , no= 2,213.
– Pour l’indice effectif vous rajoutez 0,007 à la valeur de l’indice concerné.
Niveau : 5ème année GTR & GEII 3Prof : Kamal GHOUMID

Contrôle # 2 # Optique dans les Systèmes de Communications
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Fig. 1 – interféromètre Mac Zenhder intégré réalisé sur un guide d’onde optique HxLi1−xN bO3.
Niveau : 5ème année GTR & GEII 4Prof : Kamal GHOUMID