Colloque « Télécommunications- réseaux du futur et services »

Colloque « Télécommunicationsréseaux du futur et services »
Fonctions optiqUes pour les
Transmissions à très haUt débit dans
le Réseau cœur (FUTUR)
ANR TELECOM 2006
Thierry Chartier
Laboratoire Foton
Lannion
Fonctions optiqUes pour les Transmissions à très
haUt débit dans le Réseau cœur (FUTUR)
•
•
•
•
•
•
ANR TELECOM 2006
36 + 6 mois (03/07  09/10)
4 partenaires académiques
3 partenaires industriels
1,1 M€
Labélisé par le pôle Images et
Réseaux
Colloque « Télécommunications – réseaux du futur et services » - Rennes du 6 au 8 décembre 2010
Objectif du projet FUTUR
Proposer des solutions tout-optique permettant
d’augmenter la portée d’une ligne de transmission
optique à très haut débit (170 Gbit/s)
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Contexte scientifique
Augmentation du débit dans les réseaux d’accès (FFTH, 1 Gbit/s chez
l’habitant)  augmentation du débit sur les réseaux longue
distance
Développer des systèmes de transmission à très haut débit (170
Gbit/s) semble aujourd’hui incontournable
A ces débits une gestion fine des effets de dispersion doit être
envisager :
fibres à gestion de dispersion
Les fonctions de traitement du signal (réduction du bruit, conversion
de longueur d’onde) doivent être effectués dans le domaine de
l’optique :
Utilisation de fibres optiques spéciales
Utilisation de semi-conducteurs rapides
Le consortium FUTUR réunit des acteurs français compétents dans
le domaine des composants pour les télécommunications (fibres et
semi-conducteurs) et des systèmes de transmissions à très haut
débit.
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Transmission à très haut débit
 Fibres optiques à gestion de
dispersion
Données optiques à 170 Gbit/s
Emetteur
Fonction
optique
Récepteur
 Régénérateurs tout-optiques
 Convertisseurs de longueur
d’onde
 Attracteur de polarisation
Les partenaires de FUTUR
• UMR CNRS 6082 FOTON, Lannion : Systèmes de
télécommunications à haut débit
• UMR CNRS 5209 ICB, Dijon : Communications
optiques, synthèse de verres, fibres optiques
• UMR CNRS 6226 EVC (Sciences Chimiques de
Rennes : Synthèse de verres, fibres optiques
• UPR20 CNRS LPN, Marcoussis : composants à
semi-conducteurs
FOTON
III-V Lab
PERFOS
Lannion
Rennes
Marcoussis
LPN
IXFIBER
EVC
ICB
• PERFOS, Lannion : fabrication de fibres optiques
spéciales
• IXFiber, Lannion : fabrication de fibres optiques
spéciales
• Alcatel-Thales III-V Lab, Marcoussis :
composants à semi-conducteurs III-V
Académiques
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Industriels
FUTUR en 5 sous-projets (SP)
SP1 : Modélisation, conception et caractérisation d’une
ligne de transmission mono-canal à 170 Gbit/s
(Foton)
SP2 : Conception de fonctions optiques à base de fibres
optiques spéciales (ICB)
SP3: Conception de fonctions optiques à base de semiconducteurs (LPN)
SP4 : Validation système à 170 Gbit/s
optiques (Foton)
SP5 : Pilotage du projet (Foton)
des fonctions
SP1 : Modélisation, conception et
caractérisation d’une ligne de transmission
mono-canal à 170 Gbit/s (Foton)
 Mises en œuvre expérimentales de la ligne à 170
Gbit/s
 Simulations numériques de la ligne à 170 Gbit/s
 Fabrication de la fibre à gestion dense de
dispersion
 Modélisation de la fibre à gestion dense de
dispersion
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SP1
Fabrication d’une fibre à gestion
dense de dispersion et validation
expérimentale
Liaison déployée
DSF
DSF
7
Fibre DDM
Fibre DSF
Fibre NZ DSF
6
DDM
D<0
D>0
Penalité
5
DDM
DDM
4
3
2
1
NZ-DSF
NZ-DSF
NZ-DSF
0
-5
0
5
10
15
20
Puissance de ligne (dBm)
• Seuil des effets non-linéaires repoussé de
3 dB par rapport à une fibre DSF classique
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Power (mW)
SP1
Mise en place d’une boucle à recirculation à
170 Gbit/s
MZI
Génération
d’impulsions courtes
à 42.5 GHz
OTDM mux
42.5  170 Gbit/s
1,E-04
1,E-05
BER
27-1 PRBS
42.5 Gbit/s
1,E-03
To receiver
Tx
Rx
1,E-06
1,E-07
1,E-08
1,E-09
Quantum Dash
FP mode-locked
laser
42.5 GHz
optical clock
1,E-10
Linear chirp
compensation
100
EDFA
3.5 nm
Compensation
de 2, 3
DSF
36 km
200
300
400
500
Distance (km)
 150 km pour
un TEB de 10-9
 600 km pour
un TEB de 10-4
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600
Bilan SP1
• Validation (en partie) de l’intérêt d’utiliser une
fibre à gestion dense de dispersion
• Mise en œuvre de la ligne de transmission
opérationnelle à 170 Gbit/s
 Première boucle à recirculation à 170 Gbit/s
en France
• 1 article + 4 communications
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SP2 : Conception de fonctions optiques à
base de fibres optiques spéciales (ICB)
 Synthèse des verres, fabrication de fibres,
caractérisation de fibres, études de régénérateurs,
attracteur de polarisation
 Caractérisation de fibres, études de régénérateurs
 Synthèse des verres, fabrication de fibres,
caractérisation de fibres
 Fabrication de fibres, caractérisation de fibres
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SP2
Démonstration de fibres optiques en verre
de chalcogénure aux non-linéarités record
• 25 dB/m  0,35 dB/m : record de transmission
• 190 W-1km-1  31 000 W-1km-1 : record de non-linéarité
2006
2010
• Dispersion trop importante pour l’application visée
(régénérateur de Mamyshev)
• Brevet sur l’analyse modale des fibres (Foton)
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SP2
Applications des fibres optiques nonlinéaires
• Applications télécom
 Automodulation
de phase
 Mélange à
quatre ondes
• Applications à la génération de supercontinuum
Dans l’infrarouge moyen
Dans le visible
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SP2
Régénération à base de fibres optiques
• Solution originale de régénérateurs de
Mamyshev à 40 Gbit/s
• Sensibilité à la dispersion chromatique à 170
Gbit/s
 Régénérateur à semi-conducteurs + fibre (SP3)
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SP2
Démonstration d’un attracteur de
polarisation aux longueurs d’onde télécom
 Repolarisation sans perte d’un signal optique
 Stabilisation de la polarisation d’une séquence
aléatoire 10 Gbit/s
Scrambl
eur de
Polarisat
ion
Laser S
ignal
10 Gbit
/s
1548-nm
Ampli
Fibre NZ-DSF
20 km
Circula
Laser P
ompe
1545-nm
teur
Evacuatio
n de la
pompe
Ampli
Circula
teur
Analyse
de la
polarisa
tion du
signal
Technique brevetée (ICB)
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Bilan du SP2
•
•
•
•
•
•
•
•
Fibres optiques aux non-linéarités record
Régénérateurs tout optique à 40 Gbit/s
Attracteur de polarisation à 1550 nm
Application à la génération de supercontinuum
10 articles
2 brevets
45 communications (dont 10 invitées)
1 projet ANR (2009) + 1 dépôt prévu en 2011
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SP3 : Conception de fonctions optiques à
base de semi-conducteurs (LPN)
 Conception et fabrication de composants
absorbant saturable à semi-conducteurs
 Conception et fabrication d’amplificateurs à semiconducteurs
 Simulations numériques, caractérisation de
composants, conception de fonctions optiques
 Caractérisation des composants, conception et
réalisation de fonctions optiques
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SP3
Régénération à 170 Gbit/s
• Absorbant saturable + fibre optique nonlinéaire
Power limiter
ER enhancement
OC
1,E-04
1,E-05
HNLF
0
0
(b)
10
10
Time (ps)
0
0
10
Time (ps)
BER
SA
Power (a.u.)
10
Power (a.u.)
Power (a.u.)
3 nm
(a)
Referencenoaddednoise
ReferenceOSNR16,5dB
ReferenceOSNR12,5dB
2Rnoaddednoise
2ROSNR16,5dB
2ROSNR12,5dB
1,E-03
(c)
1,E-06
1,E-07
1,E-08
10
0
0
1,E-09
10
Time (ps)
1,E-10
-35
-33
-31
-29
-27
-25
-23
-21
Receiver input power (dBm
)
• Première démonstration de la capacité de ce
régénérateur à réduire le bruit optique en excès
à 170 Gbit/s.
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SP3
Régénération à 40 Gbit/s
BER
• Absorbant saturable pour les « 0 »
• Absorbant saturable limiteur de puissance pour
les « 1 » : première démonstration
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1.0E-07
1.0E-08
1.0E-09
1.0E-10
1.0E-11
-2.05
Reference
SA.0 only
SA.1 only
Tandem SA.0 SA.1
-1.95
-1.85
-1.75
-1.65
Decision threshold (volt)
• Bande passante non compatible à 170 Gbit/s
• Régénération d’un signal RZ-DQPSK à 28 Gbaud
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SP3
Conversion de longueur d’onde
Amplificateur à semi-conducteurs (SOA)
• Pompe sonde à 10 GHz, impulsions 1,5 ps
• SOA à îlots quantiques + filtrage décalé
• Réduction à 3 ps du temps de recouvrement du
gain du SOA (effets « intrabande »)
 Avec filtrage décalé (2,3 nm vers les
hautes longueurs d’onde)
1
0.8
TT==99ps
ps
0.6
Measured data
Exponential fit
0.4
80
100
120
Time (ps)
140
Probe power (a.u)
Probe power (a.u)
 QDot SOA, 5 mm
@ 800 mA (8 kA/cm²)
1
0.8
T = 3 ps
0.6
Measured data
Exponential fit
0.4
80
100
120
Time (ps)
140
 Compatibilité à 170 Gbit/s
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Bilan SP3
• Régénération à 170 Gbit/s (absorbant + fibre)
• Régénération à 40 Gbit/s (absorbant limiteur)
• Conversion de longueur d’onde compatible avec
un signal à 170 Gbit/s
• 4 articles
• 6 communications
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Bilan de FUTUR
Sept résultats scientifiques majeurs
• Démonstration d’une ligne de transmission à 170 Gbit/s,
• Fabrication de fibres optiques aux non-linéarités record,
• Régénération à base de fibres non-linéaires à 40 Gbit/s
• Démonstration d’un attracteur de polarisation aux longueurs
d’onde télécom à 10 Gbit/s,
• Régénération à 170 Gbit/s à base d’absorbant saturable et de
fibre non linéaire
• Régénération à 40 Gbit/s à base de 2 absorbants saturables,
l’un ayant une fonction de limiteur de puissance,
• Conversion de longueur d’onde à base d’un SOA à îlots
quantiques et d’un filtrage décalé compatible 170 Gbit/s.
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Bilan de FUTUR
Rayonnement scientifique
•
•
•
•
•
•
15 articles
55 communications (dont 10 invitées)
2 brevets
1 projet ANR (2009) + 1 dépôt prévu en 2011
8 actions de vulgarisation
6 thèses soutenues (3 à Foton, 2 à ICB, 1 à LPN)
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Perspectives
• Fibres optiques non-linéaires (télécom et hors
télécom)
• Attracteur de polarisation
• Traitement du signal optique à très haut débit
et pour les nouveaux formats de modulation
(absorbants saturables et SOA)
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Remerciements
• ANR
• Pôle Images et Réseaux
• Coordinateurs : M. Gay, L. Bramerie, J. Fatome,
J. Troles, J.-L. Oudar, D. Tregoat (N. Traynor), B.
Cadier, R. Brenot (G. H. Duan)
• A tous les chercheurs, enseignant-chercheurs,
ingénieurs, techniciens, secrétaires et étudiants
ayant contribué au succès du projet
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