Amplificateurs optiques

Amplificateurs optiques

ROADM PERSONNALISÉ : CONCEPTION ET CARACTÉRISATION

 Architecture personnalisée
L’installation d’un ROADM personnalisé à temps de commutation ajustable au Laboratoire de technologies de réseaux a pour objectif l’étude du comportement dynamique de systèmes de transmission optiques complètement chargés en canaux de télécommunications. Dans ce chapitre, la présentation d’une nouvelle architecture de ROADM permettant de supporter l’utilisation de tous les canaux de la bande C de la grille définie par l’ITU et de contrôler leur temps de commutation sera faite.
Pour manipuler le plus de longueurs d’onde – ou canaux – possible, nous utiliserons une source peigne à 50 GHz d’espacement multiplexée aux signaux à 10 Gbps provenant de transmetteurs optiques Nortel. Le contrôle du temps de commutation se fera à l’aide d’un Amplificateur optique à semi-conducteur (Semiconductor Optical Amplifier, SOA). Le SOA offre l’avantage, par rapport à un commutateur commercial, de pouvoir être utilisé comme un commutateur rapide à temps de commutation ajustable. On peut théoriquement envisager des temps de commutation de l’ordre de quelques dizaines de picosecondes avec ce dispositif. Notre ROADM sera bâti avec deux WB de la compagnie JDSU. La figure 2.1 présente l’architecture proposée et réalisée.
Les longueurs d’onde à l’entrée du ROADM traversent un diviseur de puissance 50/50 et sont dirigées vers les WB1 et WB2 qui sélectionnent respectivement les canaux passant “express” («thru») et les canaux commutés («add/drop»). La sortie du WB2 est reliée au commutateur rapide (SOA). Les signaux à la sortie du WB1 et du SOA sont assemblés vers la sortie du ROADM via un combineur de puissance 50/50.

 Caractérisation des composants du ROADM

Dans les sections qui suivent, nous présentons la caractérisation de chacun des composants constituant le ROADM (alors que la caractérisation du ROADM sera détaillée au chapitre 4). Ensuite, nous analysons les avantages et les inconvénients propres à cette architecture.

Description  Le commutateur 

Un SOA est un dispositif optoélectronique qui, dans des conditions de fonctionnement appropriées, peut amplifier un signal d’entrée. Il possède une structure semblable à celle d’une diode laser mais sans les dispositifs de réflexion aux extrémités pour éviter l’effet laser.
La figure 2.2 présente la structure d’un SOA typique. Un courant électrique externe fournit la source d’énergie qui permet à l’amplification d’avoir lieu. Le signal optique est amplifié dans la région active dont la structure en guides d’onde permet un meilleur confinement. Cependant, l’isolation est faible, ainsi une partie du signal est accompagnée de bruit. Ce bruit supplémentaire est produit par le processus d’amplification lui-même et ne peut pas être entièrement évité (Connelly 2002).
Les SOA sont utilisés dans plusieurs applications. On peut utiliser un SOA comme amplificateur de puissance pour augmenter la puissance injectée dans la fibre optique, ou comme préamplificateur de réception pour compenser le bruit thermique du récepteur, ou encore comme un amplificateur en ligne pour compenser les pertes dues à l’atténuation de la fibre optique. D’autres applications sont également possibles avec les SOA. Nous pouvons citer, entre autres, la modulation, la conversion de longueur d’onde, la commutation optique, le recouvrement d’horloge, etc. (Connelly 2002). Pour la commutation optique, le SOA doit être opéré entre son niveau de transparence (niveau dans lequel le SOA n’exerce encore aucune amplification) et son niveau d’absorption maximum.

Spécifications du SOA

Nous utilisons un SOA de marque AVANEX et de modèle 1901 – 3CN00634AD. Ce dernier est placé sur une monture ILX LDM-4980 et commandé à l’aide du contrôleur de diodes laser ILX LDC-3724B. Les deux paramètres essentiels du SOA à contrôler sont la température et le courant.
Les spécifications techniques du SOA sont présentées dans le tableau 2.1. Le tableau 2.2 dresse les spécifications techniques du contrôleur LDC-3724B

Caractérisation du gain du SOA

La caractérisation du gain du SOA consiste à mesurer les courbes de gain en fonction du courant et de la puissance incidente et à déterminer le spectre de gain en fonction de la longueur d’onde incidente.
Pour effectuer ces mesures, nous réalisons le montage expérimental représenté à la figure 2.3.
L’entrée du SOA est reliée à un laser accordable. Ce dernier nous permet de spécifier quelle longueur d’onde passer dans le SOA et à quelle puissance (Pin). Ensuite, nous relevons la puissance du signal à la sortie du SOA (Pout) à l’aide du wattmètre. Le contrôle du courant se fait à l’aide du contrôleur ILX LDC-3724B.
Pour la mesure des courbes de gain en fonction du courant, nous fixons le laser accordable sur la longueur d’onde 1550 nm et nous réalisons deux expériences : la première à faible signal (Pin = -25 dBm), et la deuxième à signal saturant (Pin = 0 dBm). Ensuite, nous varions le courant appliqué sur le SOA.

La figure 2.4 présente la courbe de gain à faible signal (puissance incidente de -25 dBm). Avec un gain avoisinant les 25 dB pour 200 mA, les résultats sont conformes aux spécifications techniques.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PRINCIPAUX ÉLÉMENTS D’UNE LIAISON OPTIQUE WDM RECONFIGURABLE
1.1  Liaison optique
1.1.1  Transmetteur optique
1.1.1.1 Diode laser
1.1.1.2 Modulation
1.1.2  La fibre optique
1.1.2.1 Description
1.1.2.2 Fibre monomode et fibre multimode
1.1.3  Amplificateurs optiques
1.1.3.1 Amplificateurs à fibre dopée à l’Erbium
1.1.3.2 Paramètres d’un amplificateur optique
1.1.4  Récepteur optique
1.1.5  Le multiplexage WDM
1.2  Le routage dans les réseaux optiques
1.2.1  Les OXC
1.2.2  Les OADM
1.2.2.1 Les réseaux de Bragg
1.2.2.2 Les circulateurs optiques
1.2.3  Les ROADM
1.2.3.1 Différentes architectures de ROADM
1.2.3.2 Impact des ROADM
1.3 Objectifs
1.4 Méthodologie
CHAPITRE 2 ROADM PERSONNALISÉ : CONCEPTION ET CARACTÉRISATION
2.1  Architecture personnalisée

2.2  Caractérisation des composants du ROADM
2.2.1  Le commutateur
2.2.1.1 Description
2.2.1.2 Spécifications du SOA
2.2.2  Les Wavelength Blockers
2.3  Avantages et inconvénients du ROADM personnalisé
CHAPITRE 3 ROADM : CONTRÔLE À DISTANCE
3.1  Protocole de communication des WB
3.1.1  Format des trames
3.1.2  Format des données
3.1.3  Les données dans la mémoire
3.1.4  Quelques exemples de trames de données
3.2  Les commandes des WB
3.2.1  Atténuer un canal
3.2.2  Atténuer tous les canaux
3.2.3  Restaurer la configuration d’atténuation initiale
3.3  Le modèle GRIM
3.3.1  Les couches du GRIM
3.3.2  Les ressources du modèle GRIM
3.3.2.1 Les ressources composants du GRIM
3.3.2.2 Les ressources blocs du GRIM
3.4  Modélisation du ROADM avec GRIM
CHAPITRE 4 ROADNM : PERFORMANCES ET ANALYSE
4.1  Contrôle à distance du ROADM
4.2  Performances dans les réseaux dynamiques
4.2.1  Liaison de test
4.2.2  Budget de puissance
4.2.3  Plan d’expériences
4.2.4  Diagramme de l’œil
4.2.5  Résultats
4.2.6  Analyse des résultats
CONCLUSION
ANNEXE I Tableau I – 1 PLAN D’EXPÉRIENCES
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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