Post on 11-Jan-2016
description
Performance d’un régénérateur optique à base de SOA insensible à la polarisation
G. GIRAULT, M. GAY, L. BRAMERIE, V. RONCIN, J.C. SIMON
Laboratoire d’optronique
CNRS UMR FOTON 6082
ENSSAT / Université de Rennes1
LANNION, FRANCE
2
Dégradations du signal Nécessité de le régénérer :
amplification du signal,
remise en forme du signal,
resynchronisation du signal.
Solution pour les transmissions à très hauts débits (>40Gbit/s) : la régénération tout optique qui évite le passage par l’électronique :
La régénération 2R (Reshaping Repeater) :
Amplification + Remise en forme
La régénération 3R (Retiming Reshaping Repeater) :
2R + Resynchronisation.
Introduction
3Plan
Introduction
I. Le régénérateur 3R
II. Résultats expérimentaux
Conclusion
I. Le régénérateur 3R
4
Réduction du bruit d’amplitude
Amélioration du taux d’extinction
Resynchronisation des données
I- Le régénérateur 3R
La régénération 3R en modulation croisée
Puissance en entrée (Ppin)Tra
nsm
issi
on (
Pso
ut/
Psi
n)
Fonction de transmission
Données dégradées (Ppin)
Horloge optique Données
régénérées (Psout)
Récupération d’horloge
Porte optique non-linéaire
1 10 0
1 10 0
(Psin)
5I- Le régénérateur 3R
L’architecture du régénérateur 3R
Données
optique au
format RZ
(1)
1er convertisseur en
longueur d’onde
(NOLM-SOA)
Sonde
(2)
2ème convertisseur en
longueur d’onde
(DESOA)
Données
régénérées
(1)
Horloge optique
(1)
(2) (1)
Récupération
d’horloge
6
GSOA
Sonde continue polarisée (2)
Données dégradées (1)
‘1’ ‘0’ ‘1’ ‘1’
XGM
I- Le régénérateur 3R
Le premier convertisseur : NOLM-SOA
‘0’ ‘1’ ‘0’ ‘0’
Data(2)
Données à la longueur d’onde de la sonde (2)
Inversion de polarité par rapport à l’entrée
GSOA
temps
Tcontra
SOAco
GG =
G
50/50
50/50
SOA
T
Réflexion
Fibré PMOnde contra - propagative Onde co - propagative
7
XGM XGM
SOA 1
1er étage 2ème étage
SOA 2SOA 1
1er étage 2ème étage
XGM XGM
SOA 2
Sonde modulée (1)Horloge optique à la longueur d’onde des données initiales (1)
I- Le régénérateur 3R
Le second convertisseur : DESOA
SOA 1
1er étage 2ème étage
XGM XGM
SOA 2
Données régénérées (1)
Données régénérées à la longueur d’onde que celle des données en entrée du
NOLM-SOA et de même polarité.
Intérêt du DESOA par rapport à un SOA seul : le taux d’extinction en sortie est
deux fois plus important en dB (en considérant les SOA identiques).
Données issues du NOLM-SOA
(2)
‘0’ ‘1’ ‘0’ ‘0’
8Plan
Introduction
I. Le régénérateur 3R
II. Résultats expérimentaux
Conclusion
9
'0' '1'out outP P
TEout= 0
'1'outP
'0'outP
TEout
II- Résultats expérimentaux
Fonction de transmission du régénérateur
'1'outP
'0'outP
TEout
'1'out inTE f(P )
Mesure du taux d’extinction en sortie du régénérateur en fonction de la puissance
crête de pompe en entrée:
TEin
Régénérateur 3R
'1'inP
'0'inP
'1''1'inout
out '0' '0'out in
P
P
T POr, TE
T P
Hypothèse : est une constante. '0'inT P '1'
out inAinsi, TE T PNormalisé
10II- Résultats expérimentaux
Fonction de transmission du régénérateur (2)
8 dB
13 dB 2 non-linéarités,
Possibilité d’obtenir un taux d’extinction en sortie de 13 dB pour un taux d’extinction en entrée de 8 dB.6
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Tra
nsm
issi
on (
dB)
Puissance crête des données en entrée(dBm)
-8 -6 -4 -2 0 2 4
Remarque : les 2 non-linéarités atteintes avec un TEin de 11 dB.
Or dans l’expérience TEin>11 dB l’hypothèse, = constante, est validée. '0'inT P
TEin
Régénérateur
3R
'1'inP
'0'inP
'1'outP
'0'outP
TEout
11II- Résultats expérimentaux
Une faible pénalité
Pénalité de 0,5 dB pour un TEB de 10-9.
-35,5 -35,0 -34,5 -34,0 -33,5 -33,0 -32,5
6
7
8
9
10
-log(
TE
B)
Puissance sur le récepteur (dBm)
btb avec régénérateur btb
0,5dB Taux d’erreurs binaires :
nombre d'erreursTEB=
nombre de bits lus
btb = back-to-back
12
NOLM-SOA est donc beaucoup moins sensible à la polarisation que le SOA seul
Dépendance en polarisation du
SOA en pompe/sonde
Dépendance en polarisation du
NOLM-SOADispositif PM, sonde polarisée TE, signaux continus
II- Résultats expérimentaux
Une faible dépendance à la polarisation
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 58
9
10
11
12
13
Ga
in s
ur la
so
nde
(d
B)
Puissance de pompe en entrée (dBm)
pompe TE
pompe TM
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10-10
-8
-6
-4
-2
0
Fo
nctio
n d
e tr
an
smis
sio
n
de
la s
ond
e a
vec
nor
ma
lisa
tion
(dB
)Puissance de pompe en entrée (dBm)
pompe TE
pompe TM
13II- Résultats expérimentaux
La boucle à recirculation
ASE
EDFA
NZDSF PompeRaman
PompeRaman
NZDSF
DCF
Emission
RégénérateurOptique 3R
Brouilleur depolarisation
EDFA
Réception
Données émises : 10 Gbit/s - PRBS 215 -1
Impulsions de 50 ps @ 1552 nm au format RZ
Emission
Le Régénérateur 3R placé en fin de boucle
RégénérateurOptique 3R
Brouilleur de polarisation : test de la sensibilité à la polarisation du
régénérateur
Fréquence de modulation ~ 1MHz
Brouilleur depolarisation
Pour un OSNR (rapport signal à bruit) de 33 dB (0,1 nm) au premier tour : aucune
erreur n’a été mesurée après une transmission de 100 000 km (1000 passages
dans le régénérateur) pendant 30 minutes (TEB<10-10).
OSNR dégradé par l’ajout d’une source d’émission spontanée amplifiée :
Possibilité d’étude du TEB en fonction du nombre de tours.
ASE
DCF
NZDSF
NZDSF
NZDSF : 2 50 km - DCF : dispersion quasi-compenséeEDFA et pompages Raman contra-propagatifs compensation des pertes
dans la fibre avec minimisation de l’accumulation de bruit dans la ligne ainsi
que des effets non-linéaires.
PompeRaman
PompeRaman
EDFA
EDFA
14II- Résultats expérimentaux
[1] : J.Mork et al., ‘Analytical expression for Bit Error Rate of cascaded All-optical Regenerators’,
IEEE Phot. Tech. Lett., vol. 15, no.10, oct. 2003
OSNRkNBER exp~ [1]
Evolution du taux d’erreurs binaires
1 10 100 1000-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
log(
TE
B)
Nombre de tours (N)
OSNR (0.1nm)
21dB24dB
15Conclusion
Expériences avec un régénérateur optique 3R insensible à la polarisation
présentant une architecture originale à base de SOA.
Grande stabilité du dispositif expérimental qui a permis de réaliser une
transmission comprenant 1000 passages dans le régénérateur.
Possibilité de propager le signal sur 100 000 km avec un TEB d’environ 10-8
pour un OSNR de 24 dB (0.1nm) mesuré devant le régénérateur au premier tour
(sans code correcteur d’erreur).
Possibilité d’étendre les expériences au débit de 40 Gbit/s en utilisant des SOA
adaptés.
Expérience sur l ’évolution du TEB en fonction du nombre de tours et donc de
passages dans le régénérateur en adéquation avec la théorie [1].
[1] : J.Mork et al., ‘Analytical expression for Bit Error Rate of cascaded All-optical Regenerators’,
IEEE Phot. Tech. Lett., vol. 15, no.10, oct. 2003
16Des questions ?
Conseil régional de Bretagne
Commission européenne (F.E.D.E.R.)
Ministère de la Recherche et Nouvelles Technologies
Remerciements
17II- Résultats expérimentaux
Une faible dépendance à la polarisation (2)
Ainsi, PDLNOLM(dB) < PDGSOA si A(dB)TE - A(dB)TM < 0
( ) ( ) TE ( ) TM NOLM dB R dB R dBPDL I I
Fonction de transmission du NOLM-SOA en réflexion :
1 2 cos ln( )2
R co SOA SOA SOAI KG G G G
contra
SOAco
GG
Gavec
K : une constante, Gco : le gain du SOA vu par l’onde co-propagative,
Gcontra : le gain du SOA vu par l’onde contra-propagative,
: le coefficient de couplage phase/amplitude dans le SOA.
10( ) 10*log 1 2 cos ln( )2
dB SOA SOA SOAA G G G
( ) ( ) ( ) R dB co dB dBI G A
où
( ) ( ) TE ( ) TM TE TM( ) ( )
TE TM( ) ( )
( )
NOLM dB co dB co dB dB dB
SOA dB dB
PDL G G A A
PDG A A
18II- Résultats expérimentaux
Une faible dépendance à la polarisation (3)
Ainsi, PDLNOLM(dB) < PDGSOA si A(dB)TE - A(dB)TM < 0
10( ) 10*log 1 2 cos ln( )2
dB SOA SOA SOAA G G Goù
( ) ( ) TE ( ) TM TE TM( ) ( )
( ) TE TM( ) ( )
( )
NOLM dB co dB co dB dB dB
SOA dB dB dB
PDL G G A A
PDG A A
contraSOA
co
GG
Get
Si tout est parfaitement symétrique dans le NOLM-SOA, avec des signaux continus, on a GSOA = 0 et donc AdB = 0, d’où PDLNOLMdB = PDGSOAdB.
Or, s’il existe une dissymétrie (place du SOA dans la boucle en dynamique ou différence de couplage fibre/puce dans le SOA en statique). Ainsi, GSOA 0 et comme GTE GTM
alors, GSOATE GSOATM.
Ainsi, Dissymétrie dans le SOA possibilité d’avoir A(dB)TE - A(dB)TM < 0
19
Une photodiode à 10 GHz suivie d’un amplificateur large bande (BA)
Un amplificateur limiteur
Une récupération d’horloge
Le signal remis en forme et resynchronisé module un signal optique issu d’un laser DFB via un modulateur à LiNbO3.
Dispositif opto-électronique de récupération de l’horloge optique
Récupération d’horloge
laser DFB (1552 nm)
PD
LiNbO3 modulateur
BA BA
20
Probe(2)
SOA-NOLM
SOA
Reflection Transmission
EDFAOptical RZ-Data(1)
OF(1)
EDFA
Optical clocksignal (1)
SOARegenerated
RZ-Data(1)
Optical ClockRecovery
SOA
DS-SOA
OpticalCirculator
OF(2)
OF(1) OF(1)
21
OSNR
OSNROSNR
erfcBER
22
exp~
22
1
N
OSNRinNOSNR )(
N
OSNRinkN
kOSNRin
NOSNRink
BER exp~2
exp~
22Dispersion
Dispersion partially compensated : 22 ps/nm/laps .
But dispersion not critical under 10 laps of propagation :
BER deduced from OSNR in a linear assumption = BER measurement .