Compensation de dispersion par MSSI dans DWDM Système

P 1 Compensation de la dispersion chromatique
par MSSI dans un système DWDM
Année 2001-2002
Encadrants : Z. WU (OPT), C. LE MOING (OPT), J. TRUBUIL (SC), Y KERMARREC
Partenaire : E. PINCEMIN (France Télécom R&D, Lannion)
Mots clés : MSSI, dispersion chromatique, mélange à 3 ondes, inversion de spectre,
haut débit, DWDM.
Résumé
Dans le cadre des limitations en débit et en distance dues à la dispersion
chromatique dans les liaisons optiques, nous nous sommes intéressés à la compensation
de dispersion par la méthode MSSI (Middle Span Spectral Inversion). Par des études
mathématiques, des simulations sous Matlab et des modélisations sous Comsis de ce
composant basé sur l’optique non linéaire, nous avons souhaité montrer toutes les
possibilités que pouvait offrir une tel système et dans quelle mesure il pouvait être une
solution au problème initial.
1. Présentation et contexte du projet
Dans la montée en débit des réseaux optiques existant ou dans la création de
nouveaux réseaux très haut débit, la dispersion chromatique limite de beaucoup les
ambitions des câblo-opérateurs. Des fibres à dispersion négative paraissaient être une
solution, mais elles nécessitent un lourd investissement en génie civil pour réaliser la
compensation sur une large bande. L’idéal serait une boite noire judicieusement placée.
C’est dans le cadre de cette attente que nous avons porté un grand intérêt à la méthode
MSSI. En effet, ce système, basé sur une technologie revenue à la mode depuis peu, nous
laisse entrevoir des résultats très prometteurs quant aux implémentations possibles.
2. Méthodologie développée pour aboutir
Le but initial du projet était d’étudier l’utilisation de la méthode MSSI dans le cadre
ambitieux du DWDM. Il nous est apparu logique d’étudier en profondeur dans un premier
temps le cas de liaisons optiques à une longueur d’onde pour généraliser ensuite au cas du
DWDM c'est-à-dire plusieurs longueurs d’onde.
A partir d’une étude bibliographique sur les effets non linéaires d’ordre 2, nous
avons essayé de caractériser notre cristal dans les différents cas d’utilisation afin de
réaliser finalement des simulations et des modélisations dans des cas pseudo réels. Notre
caractérisation du signal a aussi bien porté sur les entrées et sorties optiques que sur les
phénomènes de bruit ou de polarisation.
3. Développement des différentes tâches et principaux résultats
Le principe du MSSI repose sur une inversion spectrale à mi-parcours de la liaison.
Cette inversion de spectre s’effectue grâce à un cristal non linéaire dans lequel par
l’utilisation des effets non linéaires d’ordre 2 (mélange à 3 ondes) nous pouvons réaliser un
transfert d’énergie entre les différentes composantes spectrales.
L’implantation idéale du MSSI donne ceci :
Fibre monomode
Emetteur
L1 , k1
Composant MSSI
Fibre monomode
L2 , k 2
Récepteur
Afin d’obtenir un rendement d’inversion maximal, il est nécessaire de satisfaire la
condition d’accord de phase entre les ondes. Ce qui est impossible dans le cas de notre
étude s’appuyant sur l’utilisation du LiNbO3 pour une fenêtre de travail entre 1528 nm et
1562 nm.
Il faut alors user d’une petite technique astucieuse, une périodisation des
coefficients de non linéarité du cristal permettent de simuler l’accord de phase, c’est le
quasi accord de phase. Une étude de cette technique a permis de donner d’excellents
résultats puisque les simulations ont donné des taux d’erreurs binaires au-delà des
recommandations de l’IUT-T pour des liaisons à 40 Gb/s de plus de 2200 km pour une
longueur d’onde.
L’étude dans le cadre du DWDM nous montre que le phénomène de quasi accord
de phase permet d’obtenir un rendement suffisamment plat sur toute la bande C dans la
mesure où celui-ci y est judicieusement positionné.
3. Conclusions et perspectives
Cette étude a permis d’évaluer les possibilités de la méthode MSSI dans différents
cas d’utilisation. Il en ressort que ce composant est une très bonne alternative pour la
compensation de dispersion chromatique, phénomène très limitant quant à la montée en
débit et l’augmentation des distances de liaisons. Pour la transmission terrestre, il pourrait
être envisagé d’associer la compensation de dispersion et l’amplification tout en gardant
une bande relativement large. Cette étude a également permis de souligner les difficultés
que pourraient poser une implantation réelle de ce système. Toutefois, le MSSI semble
pouvoir apporter beaucoup aux évolutions futures de l’optique à très haut débit, et a sans
doute un avenir très prometteur dans son utilisation dans les télécommunications.
Bibliographie
[1] PIERRE-YVES CORTES : “Compensation de la dispersion chromatique et des effets non
linéaires par conjugaison de phase optique pour des systèmes de télécommunications par
fibre à haut débit“, Thèse présentée à l’Université de Limoges, 1996.
[2] MING-HSIEN CHOU : ”Optical frequency mixers using three-wave mixing for optical fiber
communications”, 1999. URL : www.stanford.edu/~krishp/mhcthesis.pdf
[3] ALAIN. LACOURT : “Cours d’Optique Non Linéaire“, Université de Franche-Comté.
[4] MING-HSIEN CHOU : “Optical frequency mixers using three-wave mixing for optical fiber
communications”, 1999.