Longueur d’onde
1 CONVERTISSEURS DE LONGUEUR d’ONDE
Dans les systèmes à multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM), les données peuvent être codées sur différents canaux de longueur d’onde et propagées à travers le système. Les réseaux WDM peuvent évoluer vers des débits plus élevés et un plus grand nombre d’utilisateurs en réutilisant des longueurs d’onde dans des parties distinctes du réseau (Alexander et al, 1993). Le fait que les convertisseurs de longueur d’onde augmentent ou non la capacité d’un réseau dépend de la topologie et de l’étendue géographique du réseau (Kaminow et al, 1996). Pour les réseaux étendus et les topologies maillées, les modèles prédisent des avantages modestes lorsque des convertisseurs de longueur d’onde sont utilisés (Barry et Humblet. 1996; Ramaswami et Sivarajan, 1996). Même si leurs avantages potentiels ne sont pas clairs d’un point de vue architectural, le développement de convertisseurs de longueur d’onde à grande vitesse a été un domaine de recherche actif.
La fonction d’un convertisseur de longueur d’onde est de prendre un signal de données optiques à une longueur d’onde et de le traduire à une autre longueur d’onde, tout en maintenant l’intégrité du signal d’origine. Idéalement, cette fonction est réalisée de manière transparente ou insensible au format de débit binaire et de modulation du signal d’origine. Les techniques opto-électroniques dans lesquelles le signal de données optiques est détecté, filtré et amplifié électroniquement, puis utilisé pour moduler la lumière à une longueur d’onde différente, sont limitées en vitesse par la conversion opto-électronique. Les techniques entièrement optiques basées sur la modulation à gain croisé, la modulation à phase croisée et le FWM dans SO As sont plus prometteuses.
De ces trois techniques, la modulation à gain croisé (XGM) est la plus simple. Dans cette technique, un signal modulé en intensité, appelé pompe, se propage à travers un SOA et réduit le gain. Les fluctuations de gain induites sont impressionnées sur une deuxième entrée du SOA, un faisceau cw à une longueur d’onde différente appelée sonde (Koga et al, 1988; Glance et al, 1992; Joergensen et al, 1993). Dans ce cas, les données converties en longueur d’onde sont le complément du signal de données d’origine. Les données complémentaires peuvent également être codées simultanément sur plusieurs faisceaux de sondes cw (Wiesenfeld et Glance, 1992). Bien que la conversion de longueur d’onde en longueurs d’onde plus courtes et plus longues ait été démontrée (Wiesenfeld et al, 1993; Joergensen et al, 1993), le rapport d’extinction des signaux convertis en longueurs d’onde plus courtes est toujours meilleur car le gain se comprime de manière asymétrique à la suite d’effets de remplissage de bande (Wiesenfeld, 1996). Étant donné que la technique repose sur une modulation de gain, à mesure que le débit de données optiques augmente, des mesures doivent être prises pour diminuer la durée de vie à l’état supérieur des porteuses dans le SOA afin que la modulation de densité de porteuses puisse suivre le signal de pompe. Comme nous l’avons mentionné précédemment, la durée de vie de l’état supérieur peut être réduite en présence d’un faisceau de maintien optique intense (Manning et Davies, 1994; Patrick et Manning, 1994). Dans de nombreuses démonstrations de XGM, le faisceau de sonde lui-même est utilisé comme faisceau de maintien optique (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).
La présence nécessaire d’un faisceau de maintien optique intense diminue le gain en régime permanent du SOA et réduit le taux d’extinction du signal converti en longueur d’onde. Par conséquent, à mesure que le débit de données optiques augmente, la conversion de longueur d’onde par XGM est entravée par un taux d’extinction réduit et par une interférence intersymbole due à la durée de vie finie de la porteuse. Néanmoins, la conversion à des débits de données allant jusqu’à 20 Gb/s a été démontrée (Wiesenfeld et al, 1994a). Un inconvénient supplémentaire de cette technique est qu’à des puissances d’entrée élevées et des réductions de gain importantes, des changements de phase importants accompagnent les changements de gain. Ces changements de phase peuvent conférer un chirp au flux de données optiques et limiter la distance de transmission du signal. Notez également que cette technique n’est applicable qu’aux signaux modulés en amplitude. Pourtant, la conversion de longueur d’onde par XGM est une technique utile car elle ne nécessite que des puissances d’entrée modérées et elle peut être une technique insensible à la polarisation si le gain du SOA est insensible à la polarisation. De plus, si la pompe et la sonde se propagent dans des directions opposées à travers le SOA, aucun filtre ou polariseur n’est nécessaire pour séparer les faisceaux de pompe et de sonde à la sortie SOA. Enfin, cette technique a été démontrée en utilisant des lasers à semi-conducteurs plutôt que des SOAs (Ottolenghi et al, 1993 ; Braagaard et al, 1994). L’utilisation de lasers nécessite des puissances d’entrée plus élevées et donne moins de flexibilité dans la gamme de longueurs d’onde converties.
La modulation de phase croisée (XPM) peut également être utilisée pour réaliser une conversion de longueur d’onde. Dans cette technique, la pompe comprime le gain et modifie l’indice de réfraction de l’amplificateur à semi-conducteur. Un faisceau de sonde se propageant à travers le SOA acquiert un déphasage variable, selon que la pompe est présente ou non. Si le SOA est placé dans un bras d’un interféromètre, le changement de phase induit ou la modulation de phase peut être converti en une modulation d’intensité (Mikkelsen et al, 1994; Durhuus et al, 1994). Il y a plusieurs avantages à réaliser la conversion de longueur d’onde par XPM plutôt que par XGM. Un avantage est que l’interféromètre peut être configuré pour un fonctionnement « inverseur” ou « non inverseur”, en fonction de la polarisation de phase initiale. L’opération inverseuse, comme XGM, génère une copie complémentaire du signal d’entrée à la longueur d’onde convertie, tandis que l’opération non inverseuse maintient exactement le flux de données d’origine. Un autre avantage est que des rapports d’extinction très élevés peuvent être réalisés dans l’interféromètre (Wiesenfeld, 1996) et que des faisceaux de pompe et de sonde de contre-propagation peuvent être utilisés pour éliminer le besoin d’un filtre ou d’un polariseur en sortie du convertisseur. De plus, la dépendance en longueur d’onde du changement de phase est plus faible que celle du changement de gain (Fig. 15), donc la conversion en longueurs d’onde plus courtes et plus longues est plus uniforme. De plus, le signe du gazouillis transmis au signal converti en longueur d’onde dépend du fait que l’interféromètre est polarisé en tant que convertisseur de longueur d’onde inverseur ou non inverseur. Pour un fonctionnement sans inversion, le gazouillis transmis au signal converti provoque une compression d’impulsions dans la fibre optique standard, de sorte qu’aucune pénalité de dispersion n’est observée dans les expériences de transmission (Ratovelomanana et al, 1995; Idler et al, 1995). Les inconvénients associés à la technique XPM sont la conception interférométrique du dispositif, la grande sensibilité des performances du dispositif aux changements de paramètres d’entrée tels que le niveau de puissance, la polarisation et la longueur d’onde, et le fait que seuls les signaux modulés en amplitude peuvent être convertis. Néanmoins, la conversion de longueur d’onde à des vitesses allant jusqu’à 40 Gb/s a été démontrée dans des convertisseurs interférométriques intégrés utilisant des non-linéarités d’indice de réfraction dans les SOAs (Danielsen et al, 1996).
La FWM est la seule technique de conversion de longueur d’onde entièrement optique indépendante du format de modulation de données (Vahala et al, 1996). Outre les signaux modulés en amplitude, il convertit les signaux analogiques et les signaux modulés en phase, mais la modulation de phase est inversée car le flux converti en longueur d’onde est le conjugué de phase de l’entrée. Rappelons que la conjugaison de phase du faisceau converti en longueur d’onde permet de « défaire” les distorsions spectrales induites par la transmission dans les schémas d’inversion spectrale midspan (Tatham et al, 1994). Cependant, par rapport à XGM et XPM, la FWM a été moins considérée comme une technique de conversion de longueur d’onde réalisable pour les applications de systèmes. L’une des raisons en est qu’il est compliqué de rendre la technique insensible à la polarisation (Jopson et Tench, 1993). En outre, une sorte de filtrage est nécessaire à la sortie du dispositif FWM pour séparer la pompe, la sonde et les faisceaux conjugués. Un autre inconvénient est que l’efficacité de conversion est fortement dépendante de la longueur d’onde (Fig. 30), en plus d’être asymétrique (Zhou et al, 1993). Cependant, des expériences récentes ont montré des efficacités de conversion de longueur d’onde à faible bruit de 0 dB pour des décalages de longueur d’onde supérieurs à 5 nm (Girardin et al, 1997). En plus de ces résultats, la conversion en longueur d’onde FWM des flux de données a été démontrée à une vitesse de 10 Gb/s (Ludwig et Raybon, 1994; Lee et al, 1997).