Performance d’un régénérateur optique à base de SOA insensible à la polarisation

1. 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. Introduction • 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.

3. Plan Introduction I. Le régénérateur 3R II. Résultats expérimentaux Conclusion I. Le régénérateur 3R

4. Fonction de transmission Transmission (Psout/Psin) 1 0 1 0 Puissance en entrée (Ppin) Données dégradées (Ppin) 1 0 1 0 Récupération d’horloge Porte optique non-linéaire Horloge optique (Psin) Données régénérées (Psout) La régénération 3R en modulation croisée I- Le régénérateur 3R • Réduction du bruit d’amplitude • Amélioration du taux d’extinction • Resynchronisation des données

5. Données optique au format RZ (1) Données régénérées(1) 2ème convertisseur en longueur d’onde (DESOA) 1er convertisseur en longueur d’onde (NOLM-SOA) (1) (2) Récupération d’horloge Sonde (2) Horloge optique (1) L’architecture du régénérateur 3R I- Le régénérateur 3R

6. GSOA T ‘1’ ‘0’ ‘1’ ‘1’  T temps 50/50 Données dégradées(1) SOA Fibré PM Onde co - propagative Onde contra - propagative Sonde continue polarisée (2) 50/50 Réflexion ‘0’ ‘1’ ‘0’ ‘0’ Données à la longueur d’onde de la sonde (2) Inversion de polarité par rapport à l’entrée Data(l2) Le premier convertisseur : NOLM-SOA I- Le régénérateur 3R XGM   GSOA

7. ‘0’ ‘1’ ‘0’ ‘0’ Données issues du NOLM-SOA (2) XGM XGM XGM XGM SOA 2 SOA 1 SOA 2 SOA 1 Horloge optique à la longueur d’onde des données initiales (1) 1er étage 2ème étage Données régénérées (1) Sonde modulée (1) XGM XGM 1er étage 2ème étage SOA 2 SOA 1 1er étage 2ème étage Le second convertisseur : DESOA I- Le régénérateur 3R • 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).

8. Plan Introduction I. Le régénérateur 3R II. Résultats expérimentaux Conclusion

9. Mesure du taux d’extinction en sortie du régénérateur en fonction de la puissance crête de pompe en entrée: TEin TEout Régénérateur 3R TEout= 0 TEout Hypothèse : est une constante. Fonction de transmission du régénérateur II- Résultats expérimentaux

10. 0 TEin -2 TEout Régénérateur 3R -4 -6 Transmission (dB) 13 dB -8 • 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. -10 -12 -14 8 dB -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 Puissance crête des données en entrée(dBm) Remarque : les 2 non-linéarités atteintes avec un TEin de 11 dB. Or dans l’expérience TEin>11 dB l’hypothèse, = constante, est validée. Fonction de transmission du régénérateur (2) II- Résultats expérimentaux

11. Taux d’erreurs binaires : • btb = back-to-back Une faible pénalité II- Résultats expérimentaux Pénalité de 0,5 dB pour un TEB de 10-9.

12. Dépendance en polarisation du SOA en pompe/sonde Dépendance en polarisation duNOLM-SOA Dispositif PM, sonde polarisée TE, signaux continus 13 0 12 -2 Fonction de transmission de la sonde avec normalisation (dB) 11 -4 Gain sur la sonde (dB) -6 10 pompe TE pompe TE pompe TM pompe TM -8 9 -10 8 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 Puissance de pompe en entrée (dBm) Puissance de pompe en entrée (dBm) Une faible dépendance à la polarisation II- Résultats expérimentaux NOLM-SOA est donc beaucoup moins sensible à la polarisation que le SOA seul

13. Réception Emission Emission Régénérateur Régénérateur EDFA EDFA Optique 3R Optique 3R NZDSF NZDSF Pompe Pompe Raman Raman OSNR dégradé par l’ajout d’une source d’émission spontanée amplifiée : Possibilité d’étude du TEB en fonction du nombre de tours. DCF DCF Brouilleur de Brouilleur de EDFA EDFA polarisation polarisation NZDSF NZDSF Pompe Pompe ASE Raman Raman ASE 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). Brouilleur de polarisation : test de la sensibilité à la polarisation du régénérateur Fréquence de modulation ~ 1MHz EDFA 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. NZDSF : 2  50 km - DCF : dispersion quasi-compensée Le Régénérateur 3R placé en fin de boucle Données émises : 10 Gbit/s - PRBS 215 -1 Impulsions de 50 ps @ 1552 nm au format RZ La boucle à recirculation II- Résultats expérimentaux

14. -2 -3 [1] -4 -5 -6 log(TEB) -7 -8 OSNR (0.1nm) -9 21dB -10 24dB -11 1 10 100 1000 Nombre de tours (N) [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 Evolution du taux d’erreurs binaires II- Résultats expérimentaux

15. Conclusion • 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

16. Des questions ? Remerciements • Conseil régional de Bretagne • Commission européenne (F.E.D.E.R.) • Ministère de la Recherche et Nouvelles Technologies

17. Fonction de transmission du NOLM-SOA en réflexion :  avec 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.  où   Une faible dépendance à la polarisation (2) II- Résultats expérimentaux Ainsi, PDLNOLM(dB) < PDGSOA si A(dB)TE - A(dB)TM < 0

18.  où et Une faible dépendance à la polarisation (3) II- Résultats expérimentaux Ainsi, PDLNOLM(dB) < PDGSOA si A(dB)TE - A(dB)TM < 0 • 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. Dispositif opto-électronique de récupération de l’horloge optique Récupération d’horloge BA BA PD LiNbO3 modulateur laser DFB (1552 nm) • 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.

22. Dispersion • 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 .