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 .