Etude et optimisation d`une chaîne de transmission numérique par

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LICM – 07 rue Marconi, 57070 Metz, France
Tél. [phone] / 11 – Fax : [phone] – www.licm.sciences.univ-metz.fr
LABORATOIRE INTERFACES
CAPTEURS ET MICORELECTRONIQUE
Ecole Doctorale IAEM – Lorraine
Département de Formation Doctorale Electronique- Electrotechnique
THESE
Présentée pour obtenir le grade de docteur de
l’Université Paul Verlaine – Metz
Discipline: Electronique
Etude et optimisation d’une chaîne de transmission numérique sur fibre
optique : vers une compensation électronique de la PMD
par
Nassima BOUDRIOUA
Soutenance prévue le 25 octobre 2007
Composition du jury
Jean Michel DUMAS Pr., ENSIL –Limoges (Rapporteur)
Badr-Eddine BENKELFAT Pr., INT Evry (Rapporteur)
Abbas DANDACHE Pr., Université de Metz Directeur de thèse
Azzedine BOUDRIOUA Pr., Université Paris 13 Co-directeur
Didier ERASME Pr. ENST – Paris (Examinateur)
Camille DIOU MC, Université de Metz (Examinateur)
Fabrice MONTEIRO Pr., Université de Metz (Examinateur)
Régis KREMER MC, Université de Metz (Examinateur)

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LABORATOIRE INTERFACES
CAPTEURS ET MICORELECTRONIQUE

1
REMERCIEMENTS -------------------------------------------------------------------------------- 4
INTRODUCTION GENERALE------------------------------------------------------------------ 5
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION AUX RESEAUX DE
TELECOMMUNICATIONS PAR FIBRES OPTIQUES--------------------------------------- 9
Introduction----------------------------------------------------------------------------------------------------------------9
1. Eléments de bases des réseaux optiques ---------------------------------------------------------------------9
1.1. Topologies physiques du réseau fixe----------------------------------------------------------------------- 10
1.2. Les réseaux de télécoms par fibres optiques :------------------------------------------------------------- 10
1.2.1. Le réseau étendu ou longue distance (WAN, Wide Area Network)----------------------------- 11
1.2.2. Le réseau métropolitain (MAN, Metropolitan Area Network)----------------------------------- 12
1.2.3. Le réseau local (LAN, Local Area Network)------------------------------------------------------- 12
1.3. Les techniques de multiplexage ---------------------------------------------------------------------------- 14
1.3.1. En rajoutant des fibres optiques---------------------------------------------------------------------- 15
1.3.2. Le multiplexage temporel (TDM, Time Division Multiplexing) -------------------------------- 15
1.3.3. Le multiplexage en longueur d’onde (WDM, Wavelength Division Multiplexing)----------- 16
2. La fibre optique------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
2.1. Structure, principe et caractéristiques de la fibre optique monomode --------------------------------- 17
2.2. Modes dans les fibres optiques ----------------------------------------------------------------------------- 19
2.3. Propagation de la lumière dans la fibre optique ---------------------------------------------------------- 21
2.3.1. Atténuation dans la fibre ------------------------------------------------------------------------------ 22
2.3.2. Dispersion chromatique (CD, Chromatic Dispersion) -------------------------------------------- 23
2.3.3. Effet de la dispersion chromatique------------------------------------------------------------------- 25
2.3.4. Principaux effets non linéaires dans les fibres optiques------------------------------------------- 25
2.3.5. Dispersion de mode de polarisation (PMD, Polarization Mode Dispersion) ------------------- 27
Conclusion---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29
Références bibliographiques------------------------------------------------------------------------------------------ 30
CHAPITRE 2 : EFFET DE LA DISPERSION CHROMATIQUE DANS LES
LIAISONS NUMERIQUES OPTIQUES A HAUT DEBIT------------------------------------32
Introduction-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32
1. Description de la liaison simulée et des outils------------------------------------------------------------- 32
2. Caractéristiques et principes de fonctionnement -------------------------------------------------------- 33
2.1. La partie émission -------------------------------------------------------------------------------------------- 33
2.1.1. La source optique -------------------------------------------------------------------------------------- 34
2.1.2. Les techniques de Modulation------------------------------------------------------------------------ 37
2.2. Le module de transmission---------------------------------------------------------------------------------- 41
2.3. La partie réception-------------------------------------------------------------------------------------------- 41
2.3.1. Le photodétecteur -------------------------------------------------------------------------------------- 41
2.3.2. Amplificateur électrique ------------------------------------------------------------------------------ 43
2.3.3. Circuit de filtrage -------------------------------------------------------------------------------------- 43
SOMMAIRE

2
2.3.4. Le Circuit de décision --------------------------------------------------------------------------------- 44
3. Simulations des effets de la dispersion chromatique dans les fibres standard --------------------- 44
3.1. Paramètres de simulations----------------------------------------------------------------------------------- 44
3.1.1. Courant du Laser : ------------------------------------------------------------------------------------- 44
3.1.2. Le laser -------------------------------------------------------------------------------------------------- 45
3.1.3. Circuit de données électriques------------------------------------------------------------------------ 45
3.1.4. Modulateur électro-absorbant ------------------------------------------------------------------------ 46
3.1.5. Fibre optique : ------------------------------------------------------------------------------------------ 47
3.1.6. La photodiode PIN : ----------------------------------------------------------------------------------- 48
3.1.7. Amplificateur électrique :----------------------------------------------------------------------------- 48
3.1.8. Filtre : --------------------------------------------------------------------------------------------------- 49
3.1.9. Horloge : ------------------------------------------------------------------------------------------------ 49
3.1.10. Synchronisation ou retard : --------------------------------------------------------------------------- 50
3.1.11. Décision : ----------------------------------------------------------------------------------------------- 50
3.2. Résultats et discussion --------------------------------------------------------------------------------------- 50
3.2.1. Résultats de simulations pour la fibre SMF non compensée ------------------------------------ 51
3.2.2. Résultats de Simulations de la fibre SMF compensée par une DCF ---------------------------- 53
3.2.3. Simulation de la liaison en tenant compte de la PMD--------------------------------------------- 55
Conclusion---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 56
Références bibliographiques------------------------------------------------------------------------------------------ 58
CHAPITRE 3 : ETUDE DES EFFETS DE LA DISPERSION DE MODE DE
POLARISATION DANS LES FIBRES SMF : INFLUENCE DE LA TEMPERATURE
59
Introduction-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 59
1. Théorie et modélisation de la PMD dans une fibre SMF ---------------------------------------------- 60
1.1. Polarisation de la lumière------------------------------------------------------------------------------------ 60
1.1.1. Formalisme de Jones ---------------------------------------------------------------------------------- 60
1.1.2. Formalisme de Stokes --------------------------------------------------------------------------------- 62
1.2. Définition et origines de la PMD --------------------------------------------------------------------------- 63
1.3. La PMD dans le régime courte distance (L<<LC)-------------------------------------------------------- 64
1.4. La PMD dans le régime longue distance (L>>LC)------------------------------------------------------ 65
1.5. Les caractéristiques de la PMD----------------------------------------------------------------------------- 66
1.5.1. Le modèle des états principaux de polarisation ---------------------------------------------------- 66
1.5.2. Le vecteur de PMD et la PMD du 2ième ordre ---------------------------------------------------- 67
1.6. La nature statistique de la PMD ---------------------------------------------------------------------------- 69
1.7. Les effets de la PMD sur les transmissions numériques------------------------------------------------- 70
2. Le modèle de simulation -------------------------------------------------------------------------------------- 71
3. La biréfringence et l’indice de réfraction en fonction de la température --------------------------- 73
4. Résultats est discussion---------------------------------------------------------------------------------------- 76
Conclusion---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 82
Références bibliographiques------------------------------------------------------------------------------------------ 83