Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les opérateurs de téléphonie fixe, mobile et internet utilisent tous la lumière comme véhicule de l'information et ont donc recours aux systèmes de communications à fibre optique. Cet article dissèque ces systèmes, en se focalisant plus particulièrement sur les terminaux d'émission/réception et sur les amplificateurs optiques. Les techniques de multiplexage sont recensées et les types de détection décrits. Pour terminer, les outils d'évaluation des composants et du système sont passés en revue.
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Operators of fixed telephone, mobile telephone, and internet all use light to carry information in the core of their networks, through fiber optic. In this first article of a series of two, we define the basic notions, setting the grounds for the introduction of the major challenges in the field. We anatomize transmission systems, focusing primarily on transmitter/receiver equipment and on optical amplifiers. We list the various techniques for multiplexing, and review the different types of detection schemes. Then, we review the performance assessment methods, for characterizing stand-alone components or the full system.
Auteur(s)
-
Sébastien BIGO : Directeur du département des Réseaux optiques Bell Labs, Alcatel-Lucent, Nozay, France
INTRODUCTION
Plusieurs dizaines d'années avant son raccord direct aux abonnés, la fibre optique s'est installée dans l'ombre d'internet au point d'en devenir son plus solide pilier. Mais autour de cette fibre doivent être bâtis des systèmes optiques de télécommunications à l'architecture souvent complexe, qui forment les artères qui relient les grandes villes d'un même pays ou d'un même continent entre elles, de quelques dizaines à quelques milliers de kilomètres. Les signaux optiques qui s'y propagent doivent y être régénérés régulièrement, dans des sites de régénération et peuvent être aiguillés vers leur destination dans des sites de routage optique.
Cette thématique est traitée dans deux dossiers complémentaires : le présent article [E 7 079] et le suivant [E 7 081] « Conception et validation ». Nous définissons d'abord le vocabulaire qui permettra aux lecteurs qui la découvrent d'en acquérir les notions les plus fondamentales. Nous décomposons les systèmes de transmission en leurs constituants principaux.
Nous passons en revue les diverses manières de multiplexer plusieurs signaux, en exploitant le temps, la longueur d'onde, la polarisation ou le mode spatial de propagation. Puis, nous rappelons les principes de fonctionnement et les caractéristiques des amplificateurs optiques, qu'ils soient à base d'émission stimulée dans une fibre dopée erbium ou d'émission stimulée par effet Raman, voire des deux simultanément.
Nous recensons ensuite les techniques de détection, en détaillant plus particulièrement celle qui a révolutionné le domaine des télécommunications optiques depuis la fin de la décennie 2010, à savoir la détection cohérente. Nous consacrons la partie finale de l'article aux critères d'évaluation de la performance en discutant des domaines d'applications, des avantages et des limites de chacun d'entre eux. Certains critères sont plus adaptés à la caractérisation des composants pris isolément, d'autres à la caractérisation du système complet.
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KEYWORDS
optical fiber | optical amplification | multiplexing | optical transmission | optical detection
DOI (Digital Object Identifier)
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Techniques de détection
En anglais
3. Techniques d'amplification
3.1 Amplification erbium
Aujourd'hui, les amplificateurs optiques les plus courants sont les amplificateurs à fibre dopée erbium (EDFA pour Erbium-Doped Fiber Amplifier en anglais) .
HAUT DE PAGE3.1.1 Principe de fonctionnement
Un EDFA est constitué principalement d'une section de quelques dizaines de mètres de fibre spéciale, dont le cœur est constitué de silice dopée par des ions d'une terre rare, l'erbium Er3+. Le schéma de principe d'un EDFA est représenté sur la figure 9. On injecte dans ce cœur, avec le signal à amplifier, un faisceau optique relativement puissant, de quelques centaines de mW, appelé pompe, à la longueur d'onde de 980 ou 1 480 nm. Ce faisceau excite les ions erbium, qui se désexcitent ensuite en rétrocédant leur surplus d'énergie sous forme de photons au signal, via le phénomène connu sous le nom d'émission stimulée. Le signal s'en trouve répliqué identique à lui-même avec un coefficient de gain G qui peut atteindre 10 000 (40 dB).
Des isolateurs placés en entrée et en sortie de l'EDFA empêchent les réflexions parasites susceptibles de déclencher des allers-retours multiples et donc un régime oscillatoire instable. Il est important de noter qu'une fois excités, les atomes d'erbium le restent pendant un intervalle de temps moyen relativement long (1 ms environ) avant de revenir à leur état fondamental. À la fin d'un régime transitoire de durée comparable à cet intervalle,...
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Techniques d'amplification
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHUH (K.), LACH (E.) - High-bit-rate ETDM transmission systems. - Optical Fiber Telecommunications VB, chap. 5, édité par KAMINOV (I.P.), LI (T.), WILLNER (A.E.), Academic Press, Elsevier (2008).
-
(2) - DESURVIRE (E.), BAYART (D.), DESTHIEUX (B.), BIGO (S.) - Erbium-doped fiber amplifiers, device and system developments. - Wiley (2002).
-
(3) - PROAKIS (J.G.), SALEHI (M.) - Digital Communications - , 5th Edition, McGraw-Hill (2008).
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(4) - DESURVIRE (E.) - Erbium-doped fiber amplifiers, principles and applications. - Wiley (1994).
-
(5) - BECKER (P.C.), OLSSON (N.A.)., SIMPSON (J.R.) - Erbium-doped fiber amplifiers, fundamentals and technology. - Academic Press (1999).
-
(6) - BROMAGE (J.) - Raman amplification for fiber communications systems. - J. Lightwave Technol., vol. 22, no 1, p. 79–93...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Optilux, logiciel libre pour la simulation de systèmes de transmission optiques http://www.optilux.sourceforge.net/
VPI transmission MakerTM, suite logicielle pour la simulation de composants et systèmes optiques, éditée par VPI photonics http://www.vpiphotonics.com/
HAUT DE PAGE
Jean-Michel Jonathan, cours dispensé à l'Institut d'Optique Graduate School Paris Tech, Optique des ondes guidées – Lightwave http://www.paristech.institutoptique.fr/site.php?id=95=72
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