L`absorbant saturable à multi puits quantiques pour la régénération

L’absorbant saturable à multi puits
quantiques pour la régénération 2R optique,
mise en évidence d’effets thermiques
0*$< (1), L.BRAMERIE(1), E. LE CREN(1), S. FEVE(1), J.C. SIMON(1)
M. GUEZO (2), O. DEHAESE (2), S. LOUALICHE (2)
(1) Laboratoire d’optronique - ENSSAT / Université de Rennes1
(2) LENS - INSA Rennes
CNRS UMR FOTON 6082
*URXSHPHQWG¶LQWpUrWVFLHQWLILTXH)RWRQ
Principe de la régénération 2R
I- Principe
Réduction du bruit
Limitation des fluctuations d’amplitude sur les ‘1’
Amélioration du taux d’extinction
Puissance de sortie
Principe d’une porte optique non linéaire en auto-saturation
Limitation des fluctuations d’amplitude
Réduction du bruit
Puissance incidente
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
2
La régénération 2R à base d’absorbant saturable
I- Principe
3
Multi puits quantiques d’InGaAs / InP mis en cavité ⇒ Forte absorption à la
longueur d’onde d’absorption des liaisons excitoniques (cas 1).
Champ optique incident :
⇒ Rupture des liaisons excitoniques.
⇒ Minimisation de l’absorption (cas 2).
Pour la régénération :
- Commutation entre un état passant (à fort signal, passage d’un ‘1’)
- Un état bloquant (absorption à faible signal, réduction du bruit sur les ‘0’).
Réflectivité en dB
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
Cas 2
Cas 1
1500
1550
1600
1650
Longueur d’onde en nm
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
Une régénération incomplète
Contraste (dB)
I- Principe
6
Contraste :
4
7H[RXW 5 ( 3 (1))
&=
=
7H[LQ 5 ( 3 (0))
2
0
4
2
4
6
8
10
12
14
Puissance incidente moyenne (dBm)
Saturation des porteurs de la cavité non atteinte (nombre élevé de puits)
⇒ Régénération 2R incomplète : Fluctuations d’amplitude sur les ‘1’ non
réduites.
Des solutions sont à envisager pour réduire les fluctuations d’amplitude sur les ‘1’.
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
I- Principe
Atouts de ce dispositif pour la régénération
Dispositif passif.
Adapté au très haut débit :
⇒ Jusqu’à 160 Gbit/s : Technique possible pour accélérer le temps de
recombinaison des porteurs : dopage au Fer (LENS).
Large bande d’absorption du composant mis en cavité (> 10 nm) :
⇒ Régénération de plusieurs canaux d’une transmission WDM
simultanément sur un même composant par démultiplexage spatial :
6LJQDOPXOWLSOH[pHQ
ORQJXHXUG¶RQGH
OQ
$EVRUEDQW
6DWXUDEOH
O
'pPXOWLSOH[HXU
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
5
Montage pompe / sonde
6
II-Caractérisation pompe / sonde
Structure réalisée au LENS :
• 61 puits d’InGaAs / InP.
• Dopée au Fer (2.1018 cm-3) ⇒ temps de recombinaison des porteurs ~5ps.
• Insérée dans une cavité : - Miroir d’or (miroir arrière),
- Interface air-InP (miroir avant).
Caractérisation des propriétés de commutation : mesure pompe / sonde
MNL
Signal de
pompe
@ 1540 nm
EDFA
λpompe
Signal de
sonde
EDFA
λsonde
@ 1575 nm
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
λsonde
Taux de remplissage
7
II-Caractérisation pompe / sonde
Pompe :
• Horloge à 10 GHz (impulsions de 50 ps à mi-hauteur).
• Codée à l’aide d’un générateur de mots de longueurs variables :
Mot de longueur N
τ
(N-1) «0»
Tbit = 100 ps
Puissance crête fonction du mot :
Taux de remplissage optique :
TR =
τ
1 × 7ELW
Tbit : durée d’un bit
τ : largeur à mi-hauteur
N : nombre de bits dans le mot
3PR\
3FUrWH =
TR
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
Mise en évidence d’effets thermiques (1)
III- Résultats
9
Contraste en dB
8
7
8
TR 0,25
TR 0,1
TR 0,05
TR 0,01
6
5
4
3
2
1
0
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Puissance moyenne de pompe en dBm
Le contraste augmente avec la puissance incidente : saturation de l’absorption.
Pour une puissance incidente donnée, le contraste augmente quand le taux de
remplissage diminue : la réflectivité augmente avec la puissance crête qui augmente
quand le taux de remplissage diminue.
Chute du contraste au-dessus de 14 dBm ⇒ cf. figure suivante.
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
Mise en évidence d’effets thermiques (2)
III- Résultats
9
Décalage du spectre vers les grandes longueurs d’onde pour Ppompe > 10 dBm :
échauffement du composant sous le flux des photons de pompe incidents
⇒ décalage de la résonance de la cavité et de l’exciton vers les grandes
longueurs d’onde.
-6
Réflectivité en dB
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
source large bande
Ppompe = 9 dBm
Ppompe =11 dBm
Ppompe =15 dBm
Ppompe =17 dBm
Ppompe= 19 dBm
-24
1550 1560 1570 1580 1590 1600 1610 1620 1630
Longueur d’onde en nm
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
Conclusion
10
L’absorbant saturable à multi puits quantiques : un dispositif prometteur pour la
régénération 2R haut débit WDM.
Une gestion du bruit d’amplitude sur les ‘1’ néanmoins nécessaire pour une
régénération complète.
Mise en évidence d’effets thermiques dans la cavité par caractérisation pompe /
sonde ⇒ décalage du spectre de réflectivité du dispositif vers les grandes longueurs
d’onde.
Un phénomène qui peut ne pas être handicapant pour peu que la longueur d’onde
de sonde reste supérieure à la longueur d’onde de résonance de la cavité.
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ
11
Groupement d’Intérêt Scientifique FOTON
*URXSHPHQWG¶,QWpUrW6FLHQWLILTXH)RWRQ