EFFECT OF THE BIT RATE ON THE PULSES OF THE LASER

Journal of Fundamental and Applied Sciences
ISSN 1112-9867
Available online at
http://www.jfas.info
EFFECT OF THE BIT RATE ON THE PULSES OF THE LASER DIODES
A. Ikhlef* and M. Chikh-Bled
Laboratoire de Télécommunications, Département Génie électrique et d’électronique
Faculté des Sciences de l’Ingénieur, Université Abou-bekr Belkaid –Tlemcen
Received: 25 November 2012 / Accepted: 02 December 2012 / Published online: 30 June 2012
ABSTRACT
The qualities required for Laser Diodes are their spatial and temporal coherence, and
their performance in terms modulation.
This paper presents the effect data rate of optical pulses delivered by diode laser using
software COMSIS.
Two types of modulation have been considered: direct modulation and external modulation.
Keywords: Laser Diodes, modulation, bit rate, optical transmission.
1. UTILISATION DES DIODES LASER POUR LES COMMUNICATIONS
NUMERIQUES
Une diode laser (DL) est un oscillateur dans le domaine optique. L'obtention de
l’effet Laser est obtenu par l'action combinée d'un mécanisme de gain optique et la
sélection de certaines fréquences ou longueurs d'onde par le biais d'une cavité optique
(par exemple de type Fabry-Perot) [1-2].
Les diodes laser (DL) sont utilisées pour coder de l'information sous forme optique que
l'on injecte ensuite dans la fibre optique.
Author Correspondence, e-mail: [email protected]
ICID: 1020744
S. Ayadi et al.
J Fundam Appl Sci. 2012, 4(1), 95-100
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Dans le cadre des communications numériques par fibre, on module courant de la diode
laser entre deux niveaux
seuil
et
dont le plus faible est choisi au dessus du courant de
de la DL.
Fig.1. l'effet de modulation d'amplitude du courant de la diode laser entre
et
.
2. LES METHODES D'INSCRIPTION DES DONNEES
Le module d'émission
permet d'inscrire l'information électrique sur un signal
lumineux. En général, la modulation est de type numérique, et la modulation peut être
directe (Fig 2) ou externe (Fig 3).
Fig.2. Synoptique de la modulation directe.
Fig.3. Synoptique de la modulation externe
2.1. Modulation directe
Un des principaux avantages de l'utilisation des Diodes Laser pour les systèmes de
télécommunications par fibres optiques réside dans le fait qu'il est possible de les
moduler facilement: la modulation du courant qui les traverse entraîne directement la
modulation en intensité de la lumière émise. Cette technique est appelée modulation
S. Ayadi et al.
J Fundam Appl Sci. 2012, 4(1), 95-100
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directe. Ainsi, il suffit d'inscrire les données sur l'alimentation du laser. Cette solution
de modulation directe requiert assez peu de composants. En dehors de la source optique,
le laser, seul un générateur de courant est nécessaire.
2. 2. Modulation externe
La modulation externe consiste à écrire les données électriques sur un signal optique
continu. Le champ émis par la source n'est pas modulé et passe par un circuit optique
spécial où l'on peut provoquer une modulation de phase ou d'amplitude. Les
modulateurs d'amplitude ne présentent aucune propriété de linéarité mais introduisent
beaucoup moins de conversion amplitude-fréquence. Le signal modulé envoyé dans la
fibre est donc nettement moins affecté par ce phénomène mais également moins
puissant que dans le cas de la modulation directe. La quasi-totalité des têtes d’émission
des systèmes haut débit est basée sur la modulation externe.
3. SIMULATIONS ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS
Les 2 types de modulations considérées dans nos simulations sont la modulation
directe, et la modulation externe par le biais d’un modulateur électro-absorbant.
Afin de permettre de choisir le type de modulation pour les simulations, nous vérifions
la stabilité des signaux quand on augmente le débit des données.
3.1. Influence de débit binaire pour la modulation directe
L’augmentation du débit influe sur les signaux délivrées par la diode Laser lorsqu’on
dépasse le débit 5Gbits/s. On note l'effet des oscillations de relaxation dès que le débit
binaire dépasse 01 Gbits/s avec le modèle de diode Laser considéré. Les impulsions
sont alors loin d'être idéales. L'impact de la déformation engendrée par le débit ne peut
être évalué qu'en analysant globalement la liaison optique, par exemple au moyen d'un
diagramme de l'oeil. Pour cela la modulation externe constitue un remède.
S. Ayadi et al.
J Fundam Appl Sci. 2012, 4(1), 95-100
0 8/11/02
0 9:31:16
C O M S I S R ES U LT AT S
*10 -6
35
DE
98
A JHD.TMP
A JHC.TMP
S IM UL A TI ON
P(e)
30
25
20
15
09/05/03
16:53:30
COMSIS RESULTATS DE SIMULATION
10
0
Fr
*1 0-4 P( A3)
*10 -3
5
9
:
0
1
MHz
2
3
ATIQ.TMP
ATIP.TMP
5
4
8
9
10
AJHS.TMP
*10 -8
C O M S I S R ES U LT AT S D E S IM UL A TITEMPS
ON
AJHR.TMP
7
6
3
7
*10 -6 P(e)
35
8
4
6
08/11/02
09:34:36
D=1Gbits/s
P(slas)
30
5
4
2
25
3
2
1
1
20
0
-0
-1
0
Lr
:
1
.155 E+04
2
3
4
15 6
5
0
1
Fr : 0 MH z
2
3
4
5
6
8
9
TEMPS
10
*10 -8
10
7
TE MPS *1 0-8
D=05Gbits/s
P( S3)
7
nm
-1
0
1
Fr : 0 MHz
*10 -3
0. 18
2
3
4
5
6
7
8
9
TEMPS
10
*10 -9
7
8
9
TEMPS
10
*10 -9
D=10Gbits/s
P(slas)
12
0. 16
10
0. 14
0. 12
8
0. 10
6
0. 08
0. 06
4
0. 04
2
0. 02
0
0. 00
-2
-0 .02
0
1
Lr : . 155 E+0 4 nm
2
3
4
5
6
0
1
Lr : .155E+04 nm
7
TE MPS *1 0-8
2
3
4
5
6
Fig.4. Puissance de signal de sortie du laser pour différents débits 1,5 et 10
Gbits/s
08 /05/ 03
12 :04: 30
CO MSIS
RE SULT ATS
DE
P( SDRV )
08/05/03 0 . 3 5
12:07:17 0 . 2 5
AN30.TMP
AN3Z.TMP
COMSIS RESULTATS DE SIMULATION
08/05/03
11:58:57
0. 15
0.35
-0 .05
0
Fr
0. 15
AN3I.TMP
AN3H.TMP
COMSIS RESULTATS DE SIMULATION
P(SDRV)
P( SDRV )
0. 35 0 . 0 5
0. 25
AN 3R.T MP
AN 3Q.T MP
SIM ULA TIO N
1
:
0
2
3
0.25
4
5
6
MH z
7
* 1 0- 8
TE MPS
0.15
P( SDFB )
1. 0
0. 05
0.05
0. 8
0. 6
-0 .05
D=01Gbits/s
0. 4
0 0. 2
5
Fr0 .
: 00 MH z
10
15
20
25
30
-0 .2
0
1. 0
P( SDFB )L r
:
1
. 155 E+0 4
2
0
5
Fr : 0 MHz
35
TE MPS *1 0-9
3
nm
4
15
20
5
25
30
6
35
TEMPS *10-8
7
* 1 0- 8
TE MPS
0.8
0. 6 0 . 2 5
0.6
0. 4 0 . 1 5
0.4
0. 2 0 . 0 5
0.2
0.0
0. 0
-0 .05
-0 .2
P(SDFB)
10
1.0
P( SMEA )
0. 8 0 . 3 5
-0.05
0
Lr
:
0
5
Lr : . 155 E+0 4 nm
1
. 155 E+0 4
10
15
2
nm
20
3
25
30
4
-0.2
D=10Gbits/s
P( SMEA )
5
0
5
Lr : .155E+04 nm
35
TE MPS *1 0-9
P(SMEA)
0. 35
0.35
0. 25
0.25
0. 15
0.15
0. 05
0.05
-0 .05
10
6
15
20
7
-8
TE MPS
25
30 * 1 0 35
TEMPS *10-8
25
30
D=40Gbits/s
-0.05
0
5
Lr : . 155 E+0 4 nm
10
15
20
25
30
35
TE MPS *1 0-9
0
5
Lr : .155E+04 nm
10
15
20
35
TEMPS *10-8
Fig.5. Puissance de signal de sortie du laser pour différents débits 1,10 et 40 Gbits/s
S. Ayadi et al.
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Les niveaux électriques des données codées (0 ou +1) ne conviennent pas au modulateur
utilisé. En effet, la caractéristique d’absorption du modulateur montre que le MEA ne
fonctionne pas pour une tension de + 1. Il convient donc de modifier les valeurs hautes
et basses de la séquence des données codées. C'est le rôle du driver du modulateur. Le
modulateur électro-absorbant est tout d’abord configuré de telle sorte que la modulation
d’amplitude soit maximale, afin de bien séparer les niveaux optiques pendant la
transmission.
Nous considèrerons un driver qui fera passer le niveau bas de 0 V à - 4 V, et le niveau
haut de + 1 V à 0 V, sans perturber l’allure du signal. Dans COMSIS [5]; il existe un
opérateur qui modifie les différents niveaux sans déformation du signal et qui jouera le
rôle du driver. Il s’agit du détecteur à seuils.
4. CONCLUSION
A travers les résultats obtenus, on peut conclure que la modulation directe est
satisfaisante jusqu'à 5 Gbit/s environ mais qu'au delà, cette méthode n'est plus
applicable. La modulation externe présente de nombreux avantages. Elle est plus rapide
et permet donc d'envoyer des débits plus élevés (jusqu’à 40Gbit/s). Le bruit, le chirp ...
sont toujours présents dans les modulateurs externes mais leurs valeurs sont nettement
plus faibles que dans les Lasers. Les limites de capacité de transmission sont donc
repoussées vers des fréquences plus importantes.
5. REFERENCES
[1] Toffano Z. 2001, Optoélectronique Composants photoniques et fibres optiques,
Ellipses, Technosup, Supelec.
[2]
Lecoy
P.
1997,
télécommunications.
Télécoms
sur
fibres
optiques,
Hermes,
réseaux
et
S. Ayadi et al.
J Fundam Appl Sci. 2012, 4(1), 95-100
100
EFFET DU DEBIT BINAIRE SUR LES IMPULSIONS DES DIODES LASER
RESUME
Les qualités exigées pour les Diodes Laser sont leur cohérence spatiale et temporelle,
ainsi que leurs performances en termes modulation.
Cet article a pour but d’étudier l'effet du débit des données sur la forme des impulsions
optiques délivrées par la diode Laser en utilisant le logiciel COMSIS.
Deux types de modulation ont été considérés: la modulation directe et la modulation
externe.
Mots-clés: Diodes Laser, modulation, débit binaire, transmissions optiques.
How to cite this article
Ikhlef A and Chikh-Bled M. Effect of the bit rate on the pulses of the laser diodes. J
Fundam Appl Sci. 2012, 4(1), 95-100.