3.3 Caractérisation de la capacité d'un régénérateur optique à
3.3.1 Compensation eective de la PMD
Tout d'abord il nous faut dé nir les critères de réussite d'une compensa- tion de PMD. Nous en proposons trois : la largeur des impulsions, le degré de polarisation et les composantes du spectre électrique. Ces critères recouvrent en partie les estimateurs de PMD présentés au chapitre 2. Nous en donnons ici une présentation sous un angle diérent.
3.3.1.1 La largeur des impulsions
L'eet de la PMD est une déformation des impulsions - un dédouble- ment d'après le modèle des états principaux de polarisation. Par détection quadratique ce dédoublement est transformé en simple élargissement tant que la valeur du DGD est faible devant la largeur des impulsions, ce qui se traduit par de l'interférence entre symboles et une fermeture du diagramme de l'÷il. La formule approchée des pénalités (2.42) montre le lien direct entre pénalités et élargissement temporel.
Aussi le critère de mesure le plus direct d'une compensation réussie de la PMD est la restauration de la largeur initiale des impulsions qui permet une réouverture du diagramme de l'÷il et donc d'annuler les pénalités causées par la PMD. Trois critères liés entre eux peuvent ainsi être dégagés pour mesurer l'e cacité de la compensation de PMD :
la largeur des impulsions ;
l'ouverture du diagramme de l'÷il ; les pénalités ou le taux d'erreur binaire.
En pratique en laboratoire leur mesure est plus ou moins aisée. Mesurer la largeur exacte des impulsions n'est pas aisée, surtout en temps réel lors- qu'un paramètre du système est varié, comme par exemple la polarisation du signal en entrée d'un émulateur de PMD. Nous avons pour cela utilisé un oscilloscope à échantillonnage électrique d'Agilent avec plusieurs têtes élec- triques fonctionnant à 50 Gbit/s. Dans ce cas, nous obtenons une mesure indirecte des impulsions optiques, incluant la réponse impulsionnelle de la photodiode employée ainsi que la fonction de ltrage de la chaîne électrique de réception. Toutefois en pratique la mesure de la largeur des impulsions n'est pas un critère très visuel. Aussi lui préférons-nous la visualisation du
diagramme de l'oeil.
En présence de PMD, le diagramme de l'oeil est considérablement dé- formé comme le montre l'exemple de la gure 2.7. Cet indicateur est donc très signi catif et fournit une visulation en temps réel de l'eet de la PMD sur le signal. Notamment faire varier la polarisation du signal d'un PSP vers une polarisation où le signal est fortement aecté par la PMD montre une franche évolution du diagramme de l'oeil. Aussi cet indicateur est-il constamment utilisé dans les diérentes expériences de ces travaux de re- cherche. Même en absence de PMD, un diagramme de l'oeil ouvert est un critère essentiel de qualité du signal et permet bien souvent de détecter tout problème expérimental.
En n la mesure du taux d'erreur binaire est le critère ultime de la per- formance du système. Toutefois sa mise en oeuvre nécessite quelques précau- tions. Il faut tout d'abord constamment s'assurer que le système fonctionne correctement en con guration back-to-back en absence de toute dégra- dation du signal. La courbe de l'évolution du TEB en fonction de l'OSNR constitue le point de référence majeur du système. Ensuite sa mesure en pré- sence de PMD est délicate car elle nécessite une bonne stabilité du système et un bon contrôle de la polarisation du signal, donc travailler en absence de vibrations ou mouvements incontrôlés. En n nous disposions d'une va- lise d'émission fournissant 4 trains de données électriques à 10 Gbits/s mais seulement d'une valise de réception avec une voie à 10 Gbit/s ; donc il faut de surcroît assurer la mesure de 4 trains, ce qui est plus long à réaliser et d'autant plus exigeant en termes de stabilité. Mais la forte automatisation du banc de mesure de la plate-forme PERSYST, que nous avons mis en place, nous a permis des gains de temps considérables.
3.3.1.2 Le degré de polarisation
Le degré de polarisation est un indicateur optique assez direct des eets de la PMD sur un signal. Il constitue en eet une bonne mesure de l'e ca- cité d'un compensateur de PMD optique car si le degré de polarisation reste à son niveau maximum après le compensateur de PMD (niveau xé par le rapport signal sur bruit optique du signal) quelle que soit l'orientation de la polarisation du signal en entrée de l'émulateur de PMD, cela signi e bien que l'eet de la PMD sur le signal a été annulé.
Pour un régénérateur optique, cet indicateur ne peut généralement pas être employé. Contrairement aux compensateurs de PMD optiques, un régé- nérateur ne compense par directement la PMD en ajoutant une PMD inverse mais s'eorce plutôt de restaurer la forme des impulsions.
Tous les régénérateurs à modulation croisée donnent par dé nition un si- gnal parfaitement polarisé en sortie : la polarisation du signal régénéré re ète la polarisation de la sonde locale qui est généralement un signal de degré de polarisation égal à 1. L'équation suivante décrit l'évolution du champ élec- trique à travers une porte optique non linéaire utilisée en modulation croisée (elle est à rapprocher de l'équation (3.2)) :
~ Eout(t) = r T| ~Ein(t)|2 ·pPsondeJbsonde (3.12) Donc la mémoire de la PMD est uniquement dans la modulation du gain. Le degré de polarisation est égal à celui de la sonde.
Pour un régénérateur en auto-modulation, nous pouvons écrire l'équation suivante : ~ Eout(t) = r T| ~Ein(t)|2 · ~Ein(t) (3.13)
La polarisation du champ incident se retrouve en sortie ; ainsi la mémoire de la PMD se trouve à la fois dans la modulation du gain et dans la pola- risation du champ de sortie. La restauration de la forme des impulsions ne s'accompagne pas forcément de la restauration du degré de polarisation.
Donc cet indicateur est à utiliser avec précaution. Il est par contre facile- ment exploitable expérimentalement, aussi l'emploierons nous dans certaines con gurations. Par ailleurs, nous verrons dans le chapitre 5 que le régénéra- teur de type Mamyshev restaure le degré de polarisation.
Pour le mesurer en laboratoire nous avons choisi un polarimètre rapide intégré dans un chassis appelé A2000 comprenant en outre un contrôleur de polarisation rapide. Le polarimètre permet une acquisition de données ultra- rapide jusqu'à un débit de 1 MHz. Cet outil versatile très utile permet une mesure aisée du degré de polarisation très rapide.
3.3.1.3 Les composantes du spectre électrique
Le spectre électrique du signal en réception est lui un indicateur beaucoup plus direct. Toutefois l'impact exact sur le spectre électrique d'une régéné- ration imparfaite du degré de polarisation ou de la largeur des impulsions n'est pas clair.
Par ailleurs, la mesure expérimentale des composantes du spectre élec- trique est délicate. Aussi n'exploiterons-nous pas ce critère comme indicateur d'une compensation réussie.
Nous retenons donc quatre critères - dont trois sont liés - comme indica- teurs d'une compensation réussie de la PMD : la largeur des impulsions, le diagramme de l'÷il et la mesure des pénalités ainsi que le degré de polarisa- tion à utiliser avec précaution, uniquement dans certains cas. Ce sont tous des paramètres bien connus et couramment employés en laboratoire ainsi que dans les simulations numériques et sont plus ou moins faciles à mesurer en laboratoire. Tous ces critères seront constamment employés par la suite, que ce soit dans les études numériques ou expérimentales de ce manuscrit.
Mesurer le niveau de composantes bien dé nies du spectre a été réalisé par l'emploi d'une photodiode de bande passante su sante et d'un analyseur de spectre électrique Ando permettant une mesure jusque 40 GHz et au-delà grâce à un doubleur de fréquence externe. Comme décrit au chapitre 2, ce n'est pas tant le niveau absolu d'une composante RF qui nous intéresse mais plutôt la variation de son niveau en fonction de l'angle entre la polarisation du signal et celle des PSP. Selon le format de modulation et la composante choisie, il faut alors minimiser ou maximiser le niveau de celle-ci pour être dans le pire cas pour la PMD d'ordre 1 ou au contraire aligné selon un des états principaux de polarisation.
Les paragraphes suivants présentent les méthodes originales mises en place dans ces travaux de thèse pour mesurer la capacité d'un régénérateur à combattre la PMD. La relation donnant probabilité de coupure du sys- tème dans son ensemble est dérivée pour les deux con gurations suivantes : le régénérateur est placé juste devant le récepteur ou déporté au milieu de la ligne de transmission. En n cette technique peut-être étendue à une liaison avec un nombre quelconque de régénérateurs optiques.
3.3.2 Mesure de l'e cacité d'un régénérateur à compenser