Caractérisation des profils d'indice de réseaux de Bragg innovants en module et phase

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Caractérisation des profils d’indice de réseaux de Bragg

innovants en module et phase

Sergei Tsyier

To cite this version:

Sergei Tsyier. Caractérisation des profils d’indice de réseaux de Bragg innovants en module et phase. Optique / photonique. Télécom ParisTech, 2013. Français. �NNT : 2013ENST0022�. �tel-01228773�

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2013-ENST-0022

EDITE ED 130

Sergei Tsyier

le 18 avril 2013

de Bragg innovants en module et phase

Doctorat ParisTech

T

H

S

E

Jury

M. Youcef OUERDANE, Professeur, Rapporteur

M. Thierry CHARTIER, ENSSAT/ Rapporteur

M. Marc DOUAY, Professeur, Examinateur

M. Yann FRIGNAC, C , Examinateur

M. Yves , Professeur, Telecom ParisTech Co-Directeur

M. Renaud GABET,

Co-M. Jean- BURIE, Directeur scientifique,

Yves

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(4)

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(6)

(7)

Conclusion générale

(8)

(9)

compensation de la dispersion résiduelle Chromatic Dispersion Compensation

Conventional

Alcatel Submarine Networks (ASN)

Laboratoire de la Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM) de l’Université de Lille

Egide 3SPhotonics

Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO)

(10)

(11)

Krug

Layer Peeling Krug

(12)

(13)

(14)

(15)

éseaux de Bragg

Λ n

λ

(16)

... ) ( 2 1 ) ( ) ( ₂ ₀ 2 2 0 0 d d d d n c λ ω0 λ ) ( 1 d dn n c g 2 2 d n d c D

Figure 1.1 Effet de la disper sion chr omatique de la propagation d’ impulsion dans une fibr e (ici dispersion dite normale ou positive : dn/dλ<0 et en conséquence D<0)

(17)

λ0

Figure 1.2 Coefficient de disper sion en fonction de la longueur d’ onde pour une fibr e de type

SMF [5] λ0 100 18₃₈ 47.38 1555 ) 1529 1550 ( ) 38 . 47 ) 12 . 0 ) 1529 1550 (( 38 ( 07 . 16 100 ( 15205 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 10 15 20 25 30 Longueur d'onde [µm] D is p e rs io n [ p s .n m -1k m -1]

(18)

) 38 . 47 ) 12 . 0 ) 1550 1561 (( 38 ( 01 . 19 100 ( 418 ) 1550 1561

( Elle ne peut donc compenser la dispersion qu’à la longueur d’onde

Figure 1.3Utilisation des composants FBG CDC dans une liaison télécom sous-marine

chirp

apodisation

∆n

(19)

Fluctuation du temps de groupe et pénalité du système

group delay ripple,

bit error rate ,

group delay ripple

phase-shift phase ripple

Optical Signal to Noise Ratio) phase ripple

Figure 1.4 Schéma de tr ansmission et de mesur e OSNR [8]

phase-ripple phase ripple

(20)

Figure 1.5 Pénalité OSNR [8] : o –simulation pour 6 FBGs cascadés ; x – simulation pour 3 FBGs cascadés; □ – mesure

phase-ripple

e pouvoir contrôler ce paramètre lors de la fabrication

Exemple 1. Systèmes OCDMA

(21)

(22)

Figure 1.7 Schéma d’ un r éseau de Br agg super str uctur é [10]

(23)

λi

Λi

Cn

Figure 1.9 Schéma d’ implémentation d’ un code bipolair e [10]

(24)

eff Bragg

2 n

Λ n

l

T

n

T

l

n

l

n

Bragg Bragg

(

)

1

T k 0 ∆λ λ0 k k l l ∆T T n n 1 0 1 T

(25)

Figure 1.10 Schéma du système de détection du décalage de la longueur d’ onde de Br agg [16]

chirped interrogating grating

∆φ ∆λ c f n a _m 2 c n fm a a L a

(26)

Figure 1.11 Cor r élation entr e la défor mation et le décalage de phase d’ un capteur FBG [16] fm a c f n a d d( ) 2 m a

(27)

pure silica core

Mécanismes de changement d’indice

GODC GEC

O e T O O e

Figure 1.12 Centr es color és GODC (Germanium Oxygen Defficient Center) T : Si ou Ge

(28)

DID

Figure 1.13Diagramme des niveaux éner gétiques pour le GODC

Figure 1.14 L ’ absor ption à 240 et 337 nm

(3%mol. Ge) [20]

i

Modèle des centres colorés

(29)

c

i

Figure 1.15 Démonstr ation du modèle des centr es color és [21] :

a) Spectr e d’ absor ption photo-induit ; b) L a var iation du coefficient d’ absor ption et de l’ indice de r éfr action en fonction de l’ exposition à l’ UV

(30)

Modèle de la densification

Le modèle de la densification

Figure 1.16 Contr aintes apr ès l’ ir r adiation UV [23] :

a) Mesur es r adiales du str ess avant et apr ès l’ ir r adiation UV pour tr ois niveaux de dopage Ge dans la fibre ; b) Variation de la contr ainte et de l’ indice de r éfr action en fonction de la

fluence UV

R y C

(31)

Figure 1.17 TEM gr aphe du cœur d’ une fibr e ger mano-silicate co-dopée étain [24]

Figure 1.18Changement d’ indice dans une fibr e en fonction de la concentr ation du germanium et co-dopant [25]

(32)

Figure 1.19 Per tes dans les fibr es ayant différ entes concentr ation de ger manium [26]

(33)

Figure 1.20 L a cr oissance de la modulation d’ indice dans une fibr e hydr ogénée en fonction de

(34)

FB s : principe et réalisation

Paramètres des réseaux de Bragg

) ( )) ( 2 cos( ) ( ) (z n n z z z n z n n _ac _dc Λ chirp

Figure 1.21 M odulation d’ indice dans une fibr e et par amètr es pr incipaux d’ un FBG

eff Bragg

2 n

(35)

Synthèse des réseaux de Bragg

Figure 1.22Propagation des ondes optiques dans un FBG

modes couplés ) q( ) u( ) v( v ) ( q ) v( ) u( u * z z z i dz d z z z i dz d δ B eff n 1 1 2 / (z) B ac

z

n

z

q

(

)

(

)

arg( ) 2 k n (z) dz d dz q d dc k λ η

(36)

2 2 2 2

)

(

cosh

)

(

sinh

)

(

q

L

R

L 2 2 2 q

Figure 1.23 Spectr e complexe d’ un FBG unifor me :

Per tes d’ inser tion (a) et temps de gr oupe (b) en fonction de la longueur d’ onde

Modélisation numérique (méthode matricielle)

Layer Peeling -54 -36 -18 0 Réflexion Transmission P u is s a n c e [ d B ] 1,5495 1,5500 1,5505 1,5510 15 20 25 30 G D [ p s ] Longueur d'onde [µm]

(37)

r(z,δ) z v(z,δ) u(z,δ) :

)

,

(

)

,

(

)

,

(

z

u

z

v

z

r

) ( ) ( ) sinh( ) cosh( ) sinh( * ) sinh( ) sinh( ) cosh( ) ( ) ( z v z u i q q i z v z u φk k-1 k ) 0 ( ) 0 ( ) ( ) ( v u T L v L u 1 1

... T

T

_N _N 22 21 12 11 T T T T T 22 21

)

(

T

r

22

1 )

(

T

t

) 2 exp( 0 0 ) 2 exp( k k k _i i T

(38)

apodisé

é

phase ripple

z L Leff

Réseau apodisé à pas constant

) A( ) (z nmax z n_ac _ac dz z dz z z L L a _L L L L eff eff /2 2 / 2 / 2 / ) A(

(39)

Figure 1.24Suppression des lobes secondaires par apodisation :

a) Pr ofil d’ indice d’ un FBG unifor me et d’ un FBG apodisé d’ une fonction cosinus b) Spectr e en amplitude d’ un FBG apodisé d’ une fonction cosinus et d’ un FBG unifor me

Réseaux chirpés

1,5488 1,5499 1,5510 -60 -45 -30 -15 0 Cos, ndc=const Cos, ndc= nac Uniforme P u is s a n c e [ d B ] Longueur d'onde [µm]

(40)

Figure 1.25 Spectr e de r éflexion d’ un r éseau apodisé à pas linéair ement var iable (a)

et temps de gr oupe en fonction de la longueur d’ onde (b)

Saut de phase dans les réseaux

2

)

2 /

(

2

1 tanh

1 )

A(

L

z

1,475 1,500 1,525 1,550 1,575 1,600 1,625 1,650 1,675 -1000 0 1000 2000 G D [ p s ] Longueur d'onde [µm] -60 -45 -30 -15 0 P u is s a n c e [ d B ]

(41)

Figure 1.26 Spectr e de r éflexion d’ un r éseau unifor me avec un saut de phase et var iation de la

phase en fonction de longueur d’ onde

Techniques d’inscription

interférométr

1,548 1,549 1,550 1,551 1,552 -24,0 -21,6 -19,2 -16,8 -14,4 -12,0 -9,6 -7,2 -4,8 -2,4 0,0 Réflexion Transmission P u is s a n c e [ d B ] Longueur d'onde [µm] 1,5500 1,5501 1,5502 1,5503 -50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 P h a s e [ ra d ]

(42)

pm UV