La compensation optique de PMD

La PMD est un phénomène qui aecte les impulsions au cours de leur propagation. Il est donc naturel de développer une solution optique de com- pensation.

2.4.1.1 Principe des compensateurs optiques de PMD

La façon la plus simple de compenser la PMD est d'aligner la polarisation du signal à l'émission avec l'un des états principaux de polarisation d'entrée du système, en employant un contrôleur de polarisation, comme représenté sur la gure 2.10. C'est une idée intéressante [38] mais dicile à réaliser en pratique : il faut instaurer une boucle de rétroaction du récepteur vers l'émetteur susamment rapide pour compenser dynamiquement les varia- tions de polarisation du chemin optique, avec un temps de réponse de l'ordre de la milliseconde. Le temps de propagation sur un lien de 1000 km est déjà de l'ordre de quelques millisecondes.

Fig. 2.10  Technique de la transmission selon les PSP.

Aussi la façon naturelle de compenser la PMD est-elle d'ajouter un élé- ment biréfringent devant le récepteur pour éliminer le temps de groupe dif- férentiel vu par le signal. Le compensateur de PMD (PMDC pour PMD compensator) est alors placé juste devant le récepteur. La gure 2.11 pré- sente le schéma de principe de ce type de compensateur. Il est constitué d'un contrôleur de polarisation, suivi d'un élément biréfringent [39]. Le contrôleur de polarisation met en correspondance inverse les PSP de la ligne et ceux

de l'élément biréfringent. Et les variations de PMD (évolution du DGD et surtout modication de γ) sont mesurées/estimées en permanence.

Fig. 2.11  Schéma de principe d'un compensateur de PMD optique. La matrice de Jones de la PMD à l'ordre 1 s'écrit :

U (ω) = RoutD(ω) Rin = Rout

ei∆τ ∆ω2 0

0 e−i∆τ ∆ω2

!

Rin (2.50)

Avec Rout et Rin des matrices de rotation. Rin est la matrice de passage

de la base du laboratoire dans la base des états principaux. Le compensa- teur de PMD présenté reproduit une telle matrice de Jones : le contrôleur de polarisation va générer la matrice R −1

out et l'élément biréfringent donne

la matrice de PMD inversée D−1_{(ω). Pour compenser également les ordres}

supérieurs de la PMD, d'autres étages de compensation sont ajoutés pour approcher au mieux la matrice de PMD de la ligne.

Dans la suite de ce chapitre, nous allons étudier plus en détail le principe de fonctionnement de ce type de compensateur et ses performances.

2.4.1.2 Compensation du 1er ordre

Le compensateur de PMD d'ordre 1 présente deux régimes de fonction- nement, comme représenté sur la gure 2.12 :

 Minimiser la PMD totale (èches rouges pointillés sur les gures 2.12) :

le contrôleur de polarisation aligne l'état principal rapide de sortie de la ligne avec l'état principal lent d'entrée de l'élément biréfringent pour tenter d'annuler le DGD total résultant.

 Aligner le vecteur PMD total (somme du vecteur PMD de la ligne et

du vecteur du compensateur) avec la polarisation du signal (points et èche bleus pleins sur les gures 2.12).

L'interprétation géométrique de ces points de fonctionnement est intéres- sante. Notons ~Ωf le vecteur PMD de la ligne de transmission, ~Ωc celui du

compensateur et ~Ωt le vecteur total résultant :

~

(a) (b)

Fig. 2.12  Interprétation géométrique du principe du compensateur optique de PMD d'ordre 1 avec DGD xe (a), avec DGD variable (b).

Le contrôleur de polarisation change l'orientation du vecteur ~Ωc. Géomé-

triquement, minimiser la PMD totale revient à annuler le vecteur ~Ωt, en

réalisant ~Ωc = −~Ωf. Ceci est possible si le DGD de l'élément biréfringent

est variable. Dans le cas contraire, on ne peut que minimiser le vecteur PMD total. Le deuxième régime de fonctionnement équivaut à la méthode de transmission selon les PSP mais pour le système global bre et compensateur. Il est possible de montrer qu'il s'agit d'un point de fonctionnement plus optimal que l'annulation du vecteur PMD total [40].

2.4.1.3 Compensateur à étages multiples

Un contrôleur de polarisation possède au minimum deux paramètres in- dépendants. Contrôler un compensateur de PMD optique du premier ordre requiert donc l'ajustement de deux variables indépendantes si le DGD du compensateur est xe. Et il existe déjà plusieurs points de fonctionnement comme nous venons de le voir, avec diérentes ecacités. Ajouter un étage de compensation revient à multiplier par deux le nombre de paramètres in- dépendants à contrôler. La complexité est accrue et le risque de trouver un point de fonctionnement sous-optimal est élevé. Et dans ce cas l'améliora- tion des performances par l'emploi d'un compensateur à plusieurs étages n'est plus garantie [40].

2.4.1.4 Performance des compensateurs de PMD optiques

Les performances théoriques des compensateurs de PMD optiques ont été largement étudiées dans la littérature [40],[43]. Le tableau 2.2 classe les

 Performances croissantes −→ Annulation impar- faite du DGD total (DGD xe pour le compensateur) Méthode des PSP à l'émission / An- nulation parfaite du DGD total Méthode des

PSP globaux Compensateurà double étage

Tab. 2.2  Comparaison des performances des compensateurs optiques de PMD

techniques par ordre croissant d'ecacité théorique.

En résumé le compensateur d'ordre 1 avec DGD xe est le moins ecace. Le compensateur d'ordre 1 à DGD variable donne des performances compa- rables à la transmission selon les PSP dans son régime de fonctionnement d'annulation du vecteur PMD total, et surpasse cette technique dans son deuxième régime de fonctionnement. Enn un compensateur à double étage donne les meilleures performances, si un optimum global est trouvé. Rappe- lons à nouveau la diculté à contrôler un compensateur à double étage et les risques d'optima locaux qui donnent un avantage aux techniques simple étage. Enn il faut noter que seule la méthode de transmission selon les PSP n'ajoute pas de PMD dans le système.

2.4.1.5 Compensation de PMD simultanée de plusieurs canaux WDM

Un des points bloquants des compensateurs de PMD optiques est leur coût. En eet, la plupart des compensateurs proposés traitent un seul canal. Il faut donc autant de compensateurs que de canaux WDM pour un sys- tème. Les solutions traitant simultanément plusieurs canaux permettraient de mutualiser les coûts de compensation, comme les bres à compensation de dispersion permettent de compenser la dispersion chromatique pour tous les canaux. Nous citerons deux solutions.

Une première solution proposée récemment traite en parallèle un grand nombre de canaux WDM en 2 étapes : tout d'abord les polarisations de toutes les fréquences sont alignées puis la phase des signaux est compensée dans un deuxième temps [41]. Le système est encore loin d'être intégré, adap- tatif et temps réel (complexité des algorithmes et temps d'acquisition de 5 ms). De plus cette solution paraît assez complexe de par l'emploi de deux matrices de cristaux liquides en espace libre avec démultiplexage complet du multiplex WDM en plus du système d'estimation de la PMD.

La deuxième solution n'est pas une compensation directe de la PMD. Il s'agit plutôt d'une compensation passive. En présence de PMD, l'ecacité

des FEC est diminuée : lorsque le système présente de fortes pénalités, l'en- semble d'une trame FEC est aectée par un grand nombre d'erreurs. Les FEC sont faits pour corriger des erreurs aléatoires et non des ots continus d'erreurs. Leur ecacité est donc amoindrie en présence de PMD. An de leur rendre leur ecacité, la solution proposée consiste à placer des brouilleurs de polarisation rapides en plusieurs points du système [42]. Ceci permet en quelque sorte d'accélérer l'évolution de la PMD de sorte que les erreurs n'af- fectent plus toute une trame FEC. Tous les canaux WDM sont ainsi traités simultanément.

Nous allons maintenant nous intéresser aux méthodes de compensation électrique.