Etude théorique des fonctions optiques à base de SOA considérées

Les deux fonctions optiques que nous avons étudiées sont : le NOLM132 et le Double-Etage de SOA, fonctionnant toutes deux sur le principe de la modulation du gain dans les SOA (le fonctionnement détaillé du NOLM-SOA est présenté dans la partie 2.2 du chapitre 3 et celui du double étage de SOA, dans la partie 3.1 du chapitre 3). La simulation de ces fonctions optiques passe par l’ étude détaillée des SOA aussi bien à l’ échelle du composant que dans un environnement système. Pour cela, il est important de dégager les paramètres utiles au fonctionnement des régénérateurs. C’ est à dire la caractéristique statique du gain (en fonction de la puissance optique injectée), la dynamique de recombinaison des porteurs, et la génération d’ émission spontanée amplifiée.Nous utiliserons un modèle simple permettant une approche qualitative de la modulation du gain dans les amplificateurs optiques à semi-conducteurs. Afin de valider les résultats obtenus, ce modèle sera comparé à un modèle plus complet basé sur une approche quantitative des phénomènes physiques mis en jeu. L’ outil de simulation en place, nous tenterons de comprendre le fonctionnement du NOLM et le transfert du bruit dans les fonctions optiques non-linéaires (NOLM et Double Etage de SOA). Ensuite, nous pourrons passer à la caractérisation des propriétés propres à chaque fonction permettant d’ améliorer le signal optique via une réduction du bruit sur les données et / ou une augmentation du taux d’ extinction du signal.

En régime statique, ces amplificateurs optiques à semi-conducteurs possèdent un seuil d’ amplification très bas et une puissance de saturation du gain qui dépend principalement de la puissance optique injectée dans la zone active. Au-delà de cette puissance optique en entrée, le SOA est en régime de gain saturé ce qui lui confère un comportement non-linéaire en transmission.Contrairement aux amplificateurs à base d’ ions de terres rares (comme les amplificateurs à fibre dopée erbium dans les systèmes de télécommunications optiques), à très haut débit, les Néanmoins, la dynamique rapide du gain dans les SOA permet de réaliser des fonctions optiques pour le traitement tout-optique du signal, basées principalement sur la modulation du gain et sur la modulation de la phase, par injection d’ une pompe optique saturante (modulation croisée) ou en auto-saturation (configuration qui n’ a pas été étudiée lors de la thèse). directement liées à l’ évolution de la densité de porteurs.Nous ne prenons pas en compte dans le modèle les temps de vie des recombinaisons non radiatives beaucoup plus lentes et sans effet sur la dynamique du gain à très haut débit de modulation.

Nous exprimons alors le coefficient d’ amplification local à partir de l’ évolution spatio- temporelle des porteurs de charge dans la structure semi-conductrice. Au-delà de la transparence (densité de porteurs N0 à la transparence, état pour lequel gain et absorption intrinsèques du matériau sont nuls), les porteurs de charge disponibles vont déterminer le gain par le biais du coefficient de gain différentiel a : saturant le gain est l’ intégrale de l’ enveloppe des impulsions de pompe.Le taux de compression dynamique pourra correspondre au taux de compression statique dans le cas où les impulsions de pompe sont suffisamment longues.La recombinaison du gain est régie par la recombinaison des porteurs de charge présents dans Le courant injecté peut aussi être exprimé par la densité de porteurs de charge (densité de courant) dans la zone active du SOA.La Figure 55 nous montre bien que lorsque l’ on injecte un champ optique dans le SOA, on accélère considérablement le taux de recombinaison stimulé des porteurs de charge. Cette simulation nous montre qu’ à partir de –20 dBm optique, le taux de recombinaison stimulée devient prépondérant, et plus on aura de puissance optique et plus le temps de recombinaison sera petit. Pour une puissance de +20 dBm, le taux de recombinaison est de l’ ordre de la dizaine de picosecondes.