CONTRIBUTION A L'ETUDE DE SYSTEMES DE TRANSMISSION DE SOLITONS COMPORTANT DES AMPLIFICATEURS OPTIQUES PDF Download
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Author: Thierry Georges Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 239
Book Description
DEUX GRANDES INNOVATIONS ONT PERMIS D'AUGMENTER CONSIDERABLEMENT LES CAPACITES DES SYSTEMES DE TRANSMISSION TRANSOCEANIQUES: L'AMPLIFICATEUR OPTIQUE ET LE SOLITON. L'AMPLIFICATEUR OPTIQUE A FIBRE DOPEE A L'ERBIUM AINSI QUE LA PROPAGATION DE SOLITONS ONT ETE MODELISES DE MANIERE A PERMETTRE L'ETUDE ET L'OPTIMISATION DES SYSTEMES DE TRANSMISSION A SOLITONS. LE MODELE DE L'AMPLIFICATEUR QUE NOUS AVONS DEVELOPPE EST SIMPLE D'EMPLOI ET S'APPLIQUE A TOUS LES MODES DE FONCTIONNEMENT: FORT GAIN (SATURATION PAR L'EMISSION SPONTANEE AMPLIFIEE), SATURATION PAR LE SIGNAL, NOMBRE ET DIRECTION QUELCONQUES DES SIGNAUX ET DES POMPES IL PERMET EN OUTRE DE CARACTERISER SIMPLEMENT LA FIBRE AMPLIFICATRICE, D'OPTIMISER LES AMPLIFICATEURS ET DE CALCULER LE MODE DE FONCTIONNEMENT DES AMPLIFICATEURS EN CASCADE AINSI QUE LEUR SPECTRE DE BRUIT. CE DERNIER POINT EST D'UN INTERET MAJEUR POUR LES SYSTEMES AMPLIFIES. POUR L'ETUDE DE LA PROPAGATION DE SOLITONS EN PRESENCE D'IMPERFECTIONS ET DE BRUIT, UNE THEORIE DES PERTURBATIONS A ETE APPLIQUEE. ELLE PERMET DE CALCULER LES STATISTIQUES DU TEMPS D'ARRIVEE DES SOLITONS ET DE LEUR AMPLITUDE. LES EFFETS DES IMPERFECTIONS DU SYSTEME, DE L'INTERACTION OU DES COLLISIONS DE SOLITONS SONT PRIS EN COMPTE. DEUX NOTIONS DE BASE D'UN SYSTEME DE TRANSMISSION SE DEDUISENT DIRECTEMENT DE CES STATISTIQUES, LA GIGUE DU TEMPS D'ARRIVEE ET LE RAPPORT SIGNAL A BRUIT OPTIQUE. LA THEORIE DES PERTURBATIONS PERMET EGALEMENT D'EVALUER L'EFFICACITE DES DIFFERENTES TECHNIQUES DE CONTROLE DU SOLITON, TELS QUE LE FILTRAGE EN LIGNE ET LA MODULATION SYNCHRONE DES SOLITONS.
Author: Thierry Georges Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 239
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DEUX GRANDES INNOVATIONS ONT PERMIS D'AUGMENTER CONSIDERABLEMENT LES CAPACITES DES SYSTEMES DE TRANSMISSION TRANSOCEANIQUES: L'AMPLIFICATEUR OPTIQUE ET LE SOLITON. L'AMPLIFICATEUR OPTIQUE A FIBRE DOPEE A L'ERBIUM AINSI QUE LA PROPAGATION DE SOLITONS ONT ETE MODELISES DE MANIERE A PERMETTRE L'ETUDE ET L'OPTIMISATION DES SYSTEMES DE TRANSMISSION A SOLITONS. LE MODELE DE L'AMPLIFICATEUR QUE NOUS AVONS DEVELOPPE EST SIMPLE D'EMPLOI ET S'APPLIQUE A TOUS LES MODES DE FONCTIONNEMENT: FORT GAIN (SATURATION PAR L'EMISSION SPONTANEE AMPLIFIEE), SATURATION PAR LE SIGNAL, NOMBRE ET DIRECTION QUELCONQUES DES SIGNAUX ET DES POMPES IL PERMET EN OUTRE DE CARACTERISER SIMPLEMENT LA FIBRE AMPLIFICATRICE, D'OPTIMISER LES AMPLIFICATEURS ET DE CALCULER LE MODE DE FONCTIONNEMENT DES AMPLIFICATEURS EN CASCADE AINSI QUE LEUR SPECTRE DE BRUIT. CE DERNIER POINT EST D'UN INTERET MAJEUR POUR LES SYSTEMES AMPLIFIES. POUR L'ETUDE DE LA PROPAGATION DE SOLITONS EN PRESENCE D'IMPERFECTIONS ET DE BRUIT, UNE THEORIE DES PERTURBATIONS A ETE APPLIQUEE. ELLE PERMET DE CALCULER LES STATISTIQUES DU TEMPS D'ARRIVEE DES SOLITONS ET DE LEUR AMPLITUDE. LES EFFETS DES IMPERFECTIONS DU SYSTEME, DE L'INTERACTION OU DES COLLISIONS DE SOLITONS SONT PRIS EN COMPTE. DEUX NOTIONS DE BASE D'UN SYSTEME DE TRANSMISSION SE DEDUISENT DIRECTEMENT DE CES STATISTIQUES, LA GIGUE DU TEMPS D'ARRIVEE ET LE RAPPORT SIGNAL A BRUIT OPTIQUE. LA THEORIE DES PERTURBATIONS PERMET EGALEMENT D'EVALUER L'EFFICACITE DES DIFFERENTES TECHNIQUES DE CONTROLE DU SOLITON, TELS QUE LE FILTRAGE EN LIGNE ET LA MODULATION SYNCHRONE DES SOLITONS.
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POUR REPONDRE A LA DEMANDE DE CAPACITE DANS LES SYSTEMES DE TELECOMMUNICATIONS PAR FIBRES OPTIQUES, LA TECHNIQUE DU MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D'ONDE (WDM) S'EST RECEMMENT IMPOSEE DE FACON INCONTOURNABLE. ELLE PERMET EN EFFET UNE AUGMENTATION SUBSTANTIELLE DE LA CAPACITE TOTALE DES SYSTEMES SANS CONTRAINDRE L'ELECTRONIQUE DES TERMINAUX. UN DES AVANTAGES PRINCIPAUX DU CODAGE PAR SOLITONS PAR RAPPORT AU CODAGE CLASSIQUE NRZ EST LA POSSIBILITE DE TRANSMETTRE SUR DE TRES LONGUES DISTANCES DES SIGNAUX WDM A DES DEBITS DE LIGNE PLUS ELEVES (10-40 GBIT/S) AVEC DES ESPACEMENTS ENTRE AMPLIFICATEURS PLUS IMPORTANTS (60-200 KM). CEPENDANT, DEUX INCONVENIENTS LIES AUX DISTANCES DE PROPAGATION IMPORTANTES, I.E. LA GIGUE DE GORDON-HAUS ET LA GIGUE DE COLLISIONS, NECESSITENT DE CONTROLER LE SIGNAL OPTIQUE DANS LES DOMAINES FREQUENTIEL ET TEMPOREL. UNE DE CES TECHNIQUES DE CONTROLE EST LA REGENERATION 3R BASEE SUR LA MODULATION SYNCHRONE (D'INTENSITE ET/OU DE PHASE) EN LIGNE ASSOCIEE AU FILTRAGE SPECTRAL DU TRAIN DE DONNEES. SON EFFICACITE A ETE DEMONTREE AU TRAVERS DE PROPAGATION SUR DES DISTANCES QUASI-ILLIMITEES. L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CETTE THESE EST D'EXPLORER LES PERFORMANCES ULTIMES AUTORISEES PAR L'ASSOCIATION DE LA REGENERATION 3R ET DE LA PROPAGATION MULTICANALE (WDM). NOUS PROPOSONS ET ETUDIONS UNE NOUVELLE TECHNIQUE VISANT A REGENERER SIMULTANEMENT DES CANAUX WDM AU SEIN D'UN MEME MODULATEUR PLACE PERIODIQUEMENT LE LONG DE LA LIGNE. DEUX TRANSMISSIONS A 220 GBIT/S UTILISANT CE PRINCIPE SONT DEMONTREES EXPERIMENTALEMENT. NOUS AVONS AUSSI PORTE NOS EFFORTS SUR LA DEFINITION ET LA REALISATION D'UN MODULATEUR (MACH-ZEHNDER INP), CE QUI REPRESENTE UNE ETAPE INEVITABLE DANS LA PREPARATION DE L'EVOLUTION INDUSTRIELLE DE LA TECHNIQUE. CE TRAVAIL DE THESE CORRESPOND AUSSI A LA PERIODE EXPLORATOIRE DE L'APPROCHE NOVATRICE DE LA REGENERATION 3R SOLITON, D'OU SA DIVERSITE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE. IL REPRESENTE UNE CONTRIBUTION IMPORTANTE A L'ANALYSE DES POSSIBILITES DE LA REGENERATION PAR MODULATION SYNCHRONE DANS DES CONFIGURATIONS DE SYSTEMES MONOCANAUX ET WDM A POTENTIEL INDUSTRIEL. L'OBJECTIF ULTIME DE NOTRE ETUDE EST D'OUVRIR LA VOIE POUR DES DEMONSTRATIONS EXPERIMENTALES D'ENVERGURE METTANT RAPIDEMENT EN VALEUR L'APPROCHE REGENERATION AVEC DES COMPOSANTS INDUSTRIELS DEJA PRE-DEVELOPPES.
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CETTE THESE CONCERNE L'ETUDE DES AMPLIFICATEURS OPTIQUES A FIBRE DOPEE POUR LES SYSTEMES DE TRANSMISSION SUR LONGUE DISTANCE UTILISANT LA TECHNIQUE DU MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D'ONDE. UNE TELLE APPLICATION PRESENTE DES EXIGENCES SEVERES SUR LA REPONSE DES AMPLIFICATEURS: TOUS LES CANAUX DOIVENT ETRE AMPLIFIES APPROXIMATIVEMENT DU MEME FACTEUR ET CONSERVER LE MEME RAPPORT SIGNAL-A-BRUIT S/B EN SORTIE DE L'AMPLIFICATEUR. UNE PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL A CONCERNE L'ETUDE DU PROBLEME TECHNOLOGIQUE MAJEUR DES AMPLIFICATEURS A FIBRE EN VERRE FLUORE A SAVOIR CELUI DE LA CONNEXION ENTRE FIBRE EN VERRE FLUORE ET FIBRE EN SILICE. UNE TECHNIQUE D'EPISSURE PAR COLLAGE ASSURANT DES PERTES D'INSERTION INFERIEURES A 0.1 DB ET UN TAUX DE REFLEXION INFERIEUR A -80 DB A ETE MISE AU POINT. IL A DES LORS ETE POSSIBLE D'EXPLOITER LA GRANDE EFFICACITE DES NOUVELLES GENERATIONS DE FIBRE EN VERRE FLUORE, LA PUISSANCE DE POMPE INJECTEE N'ETANT PLUS LIMITEE PAR LES PERTES ET LES REFLEXIONS AUX EXTREMITES DE LA FIBRE DOPEE. LE DEUXIEME POINT FORT DE CE TRAVAIL A ETE DE METTRE AU POINT UNE NOUVELLE STRUCTURE D'AMPLIFICATEUR A FIBRE POUR LES LIAISONS SUR LONGUE DISTANCE OU PLUSIEURS AMPLIFICATEURS DOIVENT ETRE MIS EN SERIE. UN NOUVEL AMPLIFICATEUR DENOMME AMPLIFICATEUR HYBRIDE A ETE CONSTRUIT A PARTIR DE FIBRE EN SILICE DOPEE ET DE FIBRE EN VERRE FLUORE DOPE. CECI A ETE RENDU POSSIBLE GRACE A LA NOUVELLE TECHNIQUE D'EPISSURE. CET AMPLIFICATEUR ASSURE UNE FAIBLE DIFFERENCE DE GAIN (
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Dans les lignes de transmissions optiques où la dispersion chromatique est compensée régulièrement pour laisser une dispersion moyenne positive, dispersion chromatique et effets non linéaires permettent l'existence de Solitons Gérés en Dispersion (SGD) stationnaires et périodiques de comportements analogues aux solitons. Nous étudions les propriétés spectrales, de périodicité, de résistance aux perturbations des SGD via des méthodes variationnelles appliquées à des impulsions gaussiennes chirpées. La théorie des perturbations nous permet de caractériser l'influence du canal de transmission non linéaire: interaction, XPM, ICFWM qui induisent gigues temporelle, d'amplitude et fréquentielle. Puis nous étudions l'influence de techniques de contrôle en ligne classiques: filtrage optique, modulation synchrone de phase ou d'amplitude. Nous terminons par l'étude numérique de systèmes " réalistes ": systèmes terrestres non-linéaires du type SMF/DCF puis transatlantiques à base de NZDSF- et SMF.
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LES PRINCIPALES LIMITES DES SYSTEMES DE TRANSMISSION DE SOLITONS SONT CELLES LIEES AU RAPPORT SIGNAL A BRUIT, A L'INTERACTION ENTRE LES IMPULSIONS ET A LEUR GIGUE. CES TROIS FACTEURS ONT ETE ETUDIES DANS CETTE THESE A PARTIR DE LA THEORIE DES PERTURBATIONS. PREMIEREMENT, L'ORIGINE DE CES LIMITES EST EXPLIQUEE : ELLES FONT CERTES PARTIE DU COMPORTEMENT INTRINSEQUE DES SOLITONS MAIS LEUR SEVERITE DEPEND DE LA QUANTITE DE CONTINUUM PRESENT DANS LE SYSTEME. CE CONTINUUM, SORTE D'ONDE PARASITE ENGENDREE PAR LES IMPERFECTIONS DU SYSTEME DE TRANSMISSION ET QUI GENE LA PROPAGATION DES IMPULSIONS, EST LUI MEME ETUDIE DANS CE DOCUMENT. UNE EXPLICATION DES MECANISMES DE SON APPARITION EST PROPOSEE. DEUXIEMEMENT, CES LIMITES SONT EVALUEES DANS LE CAS DES SYSTEMES TERRESTRES MONOCANAUX DE TRANSMISSION DE SOLITONS, PERMETTANT D'ISOLER, POUR CHACUN D'EUX, LES CAUSES LIMITANT LEUR PERFORMANCES. DES OUTILS ANALYTIQUES SIMPLES SONT PROPOSES ET LEUR EXACTITUDE EST TESTEE EN COMPARANT LEUR RESULTATS AVEC CEUX DE SYSTEMES REELS. UN DEBIT DE 40 GBIT/S DEVRAIT POUVOIR ETRE TRANSMIS SUR UN MILLIER DE KILOMETRES, SANS CONTROLE EN LIGNE DES IMPULSIONS, MAIS A CONDITION D'EGALISER LA DISPERSION CHROMATIQUE LE LONG DE LA LIGNE DE TRANSMISSION. TROISIEMEMENT, DES MOYENS POUR DEPASSER CES LIMITES OU TOUT AU MOINS DE SE RAPPROCHER DES LIMITES IDEALES (C'EST A DIRE DE S'AFFRANCHIR DE LA PRESENCE DU CONTINUUM) SONT PROPOSES. CES RESULTATS, ET NOTAMMENT CEUX QUI CONCERNENT LES VARIATIONS DE DISPERSION CHROMATIQUE LE LONG DE LA LIGNE DE TRANSMISSION, DECOULENT TOUS DE L'ETUDE DE LA MINIMISATION DU CONTINUUM.
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Ces travaux de thèse sont consacrés à l'étude de portes optiques pour la conversion de longueur d'onde et la régénération optique du signal à très hauts débits. Le principe et la problématique de caractérisation de telles fonctions sont tout d'abord présentés puis un état de l'art des techniques est dressé. L'amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA) ayant constitué le coeur des dispositifs étudiés, quelques principes théoriques et les techniques pour le caractériser sont exposés. Un régénérateur 3R basé sur l'association de deux convertisseurs en longueur d'onde, un miroir à boucle optique non-linéaire à base de SOA (NOLM-SOA) et un double étage de SOA (DSSOA) est proposé. Il a permis de réaliser une transmission de 100 000 km sans erreur à 10 Gbit/s. Une étude approfondie de son comportement face aux variations de polarisation a ensuite été menée, mettant en évidence qu'un même SOA peut être plus ou moins sensible à la polarisation selon sa configuration d'utilisation (auto-saturation, saturation croisée, selon les longueurs d'ondes des signaux, leurs polarisations ...). Nous avons ainsi établi que le phénomène à l'origine de cette modification de sensibilité est un mélange d'onde entre la pompe et la sonde conduisant à une dissymétrie du spectre de gain dépendante des états de polarisation respectifs des deux ondes. Enfin, une technique à base de modulation de phase croisée dans un SOA convertie en modulation d'amplitude par un filtre décalé a été étudié à différents débits et pour différentes conditions de filtrage. Une conversion de longueur d'onde sans erreur à 80 Gbit/s a été obtenue grâce à un filtre décalé vers les courtes longueurs d'onde
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CETTE THESE S'INSCRIT DANS LE CADRE DES TRANSMISSIONS LONGUES DISTANCES A FIBRE ET AMPLIFICATEURS OPTIQUES. APRES UNE PRESENTATION GENERALE DE L'AMPLIFICATEUR OPTIQUE A FIBRE DOPEE ERBIUM (AO) DANS LA PREMIERE PARTIE, L'EXPOSE EST CONSACRE A L'ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE L'AMPLIFICATEUR (DEUXIEME PARTIE). DEUX MODELISATIONS (ANALYTIQUE ET NUMERIQUE) DE L'AO SONT PRESENTEES ET VALIDEES PAR COMPARAISON A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. LA MODELISATION NUMERIQUE EST MISE A PROFIT POUR OPTIMISER LES PARAMETRES D'UN AO EXPERIMENTAL FORT GAIN ( 25 DB A PETIT SIGNAL). DEUX BANCS DE MESURE DU COEFFICIENT D'EXCES DE BRUIT D'UN AO ONT ETE MIS AU POINT: UN BANC OPTIQUE ET UN BANC ELECTRIQUE. LA METHODE ELECTRIQUE A CONDUIT A LA DETERMINATION DES DIFFERENTES CONTRIBUTIONS DE BRUIT (BATTEMENTS SIGNAL-SPONTANEE ET SPONTANEE-SPONTANEE) AU BRUIT TOTAL. UNE ESTIMATION QUANTITATIVE DE LA DISPERSION MODALE DE POLARISATION D'UN AMPLIFICATEUR EST FAITE A L'AIDE D'UN MONTAGE EXPERIMENTAL RAPIDE A REALISER. L'EVOLUTION DE LA ZONE D'AUTO-FILTRAGE EN FONCTION DE L'ATTENUATION ENTRE DEUX AO CONSECUTIFS EST EGALEMENT ETUDIEE DE MANIERE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE. UN LOGICIEL DE SIMULATION D'UN SYSTEME DE TRANSMISSION OPTIQUE COMPLET EST PRESENTE DANS LA TROISIEME PARTIE. IL INCLUE LA MODELISATION NUMERIQUE DE L'AO PRECEDEMMENT CITEE ET UNE MODELISATION DE LA PROPAGATION DANS LES FIBRES OPTIQUES MONOMODALES EN PRESENCE DE DISPERSION CHROMATIQUE, DE NON LINEARITE (EFFET KERR) ET D'ABSORPTION. CE LOGICIEL COMPREND NOTAMMENT UN MODULE D'ANALYSE DE RESULTATS TRES COMPLET: TRACES DES FORMES TEMPORELLES ET SPECTRALES DES IMPULSIONS, DIAGRAMME DE L'IL, EVALUATION DU FACTEUR DE QUALITE Q LE LOGICIEL EST UTILISE POUR APPROFONDIR UNE ETUDE EXPERIMENTALE LIEE A L'EVOLUTION DU BRUIT ELECTRIQUE EN FONCTION DE LA DISTANCE. LA DERNIERE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A L'ETUDE DE L'EFFET RAYLEIGH. ON S'EST ATTACHE, TOUT D'ABORD, A CARACTERISER QUALITATIVEMENT ET QUANTITATIVEMENT LES EFFETS RAYLEIGH SIMPLE ET DOUBLE DANS LA FIBRE OPTIQUE SILICE (PASSIVE). CETTE ETUDE EST ENSUITE POURSUIVIE AU NIVEAU DE LA FIBRE DOPEE ERBIUM SEULE ET SOUS LA FORME D'UN MODULE D'AO. L'EFFET RAYLEIGH EST CARACTERISE POUR DIFFERENTES CONCENTRATIONS EN DOPANT ERBIUM. LES EVOLUTIONS DES EFFETS RAYLEIGH SIMPLE ET DOUBLE SONT DETERMINEES EN FONCTION DU GAIN ET COMPAREES AUX RESULTATS OBTENUS PAR MODELISATION. DES OBSERVATIONS DE L'EFFET RAYLEIGH SUR DES LIAISONS DE PLUSIEURS MILLIERS DE KILOMETRES SONT ILLUSTREES PAR DES MESURES EXPERIMENTALES ET UN CALCUL THEORIQUE. LE LOGICIEL DE SIMULATION EST FINALEMENT MIS A PROFIT POUR ESTIMER L'INFLUENCE DE L'EFFET RAYLEIGH SUR LES PERFORMANCES DE LIAISONS LONGUES
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L'évolution des composants optoélectroniques et en particulier leur montée en fréquence permet d'envisager aujourd'hui l'utilisation de liaisons optiques pour des applications analogiques. La complexité des systèmes envisagés a une incidence non négligeable sur le bilan de la liaison et notamment les pertes d'insertion. L'utilisation d'amplificateurs optiques à semiconducteur peut améliorer le gain de liaison. Nous présentons l'étude théorique et expérimentale de l'utilisation de ce type d'amplificateur dans une liaison opto-hyperfréquence.Les caractéristiques statiques et dynamiques d'une liaison simple sont présentées. L'analyse de la liaison optique amplifiée mettra en évidence l'influence du phénomène de compression de gain optique de l'amplificateur sur les performances système de la liaison. Cette propriété sera mise à profit pour réaliser une fonction de traitement optique du signal : le mélange tout-optique de signaux hyperfréquences.
Author: Thierry Georges
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Author: Olivier Leclerc
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Author: Reynald Boula-Picard