Emetteur

La figure 1.1 montre un schéma de principe d’un système de transmission optique qui est composé d’un bloc d’émission, une ligne de transmission et un bloc de réception. Le bloc d’émission a pour rôle de convertir le signal électrique portant l’information en un signal optique. Pour ce faire, une diode laser génère un signal optique qui peut être modulé directement par modulation du courant à son entrée (cas du DML), ou de manière externe en utilisant des modulateurs à sa sortie (cas de la modulation externe). Le signal est ensuite injecté dans la ligne de transmission qui est composée d’une succession de fibres optiques suivies d’amplificateurs optiques EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) afin de transmettre des informations sur de longues distances. Dans le cas des systèmes d’accès, un seul tronçon de fibre sera employé, sans amplificateur. Dans le bloc de réception, le signal optique est reçu, puis converti en un signal électrique par le biais d’une photodiode [4]. Ensuite, après filtrage, le signal électrique est séparé en deux voies : la première est utilisée à la récupération d’horloge, et la seconde au circuit de décision. Ce dernier compare l’amplitude du signal reçu avec un seuil à chaque instant de décision fourni par l’horloge. A la sortie du circuit de décision, le signal électrique est ainsi remis en forme et contient l’information reçue. Une correction éventuelle des erreurs est effectuée par les codes correcteurs d’erreurs (FEC, Forward Error Correction). Les opérateurs demandent aux équipementiers de fournir un système de télécommunication présentant un taux d’erreur binaire environ inférieur à 10-12 suivant la norme de l’UIT (Union International des Télécommunication) [10].

Emetteur optique :

La figure 1.2 montre un schéma simplifié d’un émetteur [11]. La source optique est ici une diode laser à semi-conducteurs émettant en continu à une certaine longueur (autour de 1550 nm) d’onde et une puissance pouvant aller jusqu’à 10 dBm (décibels milliwatts). Pour rappel, la puissance en dBm est définie suivant la formule 1.1. Les données contenant l’information dans un signal électrique vont être utilisées pour moduler la lumière de la source optique soit par modulation directe du courant de la diode laser, soit par l’utilisation d’un modulateur optique externe, comme indiqué sur la figure 1.2. Dans ce travail, nous utilisons la modulation directe du DML. Le nombre de niveaux d’intensité du courant d’entrée par seconde aussi appelé la rapidité de modulation R= exprimée en bauds, où T représente la durée d’un symbole en seconde.

Techniques de modulation de la source laser : La transmission d’une séquence de données binaires se fait par transcription de cette séquence sur un signal optique. Nous avons vu plus haut que la source laser émet un signal optique, ayant une amplitude et une phase particulière. Ainsi, la source laser est pilotée par un signal électrique déduit de la séquence d’information que nous voulons transmettre. Cette technique est appelée modulation. Le signal optique émis par la source laser est sous forme d’une onde continue monochromatique, dite longueur d’onde porteuse, et caractérisée par sa fréquence de résonnance λ0. Cette onde est donc modulée par un signal contenant l’information. La figure 1.10 illustre le cas d’une onde lumineuse modulée en amplitude. Il s’agit d’une onde oscillant rapidement et dont la modulation a une variation plus lente. Cette variation constitue l’enveloppe de l’onde lumineuse contentant l’information à transmettre.

Notre intérêt porte ainsi sur l’évolution de cette enveloppe, que nous cherchons à caractériser, puisque ses dégradations permettent d’évaluer la qualité de la transmission [1]. (a) (b) Figure 1.10. Onde lumineuse modulée en amplitude ASK, (a) Représentation temporelle, (b) spectre. Une onde lumineuse possède quatre propriétés : son amplitude d’oscillation, sa fréquence, sa phase et sa direction de propagation (polarisation). Les informations peuvent être inscrites dans un signal lumineux en modulant l’une de ses quatre propriétés [1]. Il existe principalement deux types de modulation : la modulation d’amplitude (ASK pour Amplitude Shift Keying), où la lumière est modulée telle qu’un maximum d’intensité signifie un symbole 1 et un minimum d’intensité signifie un symbole 0. Pour la modulation de phase (PSK pour phase Shift Keying), la lumière est présente dans les deux symboles, par contre avec une différence de phase de [8]. Par ailleurs, il est important de noter que le débit d’information dépend de la rapidité de modulation du signal optique, et par conséquent, de la rapidité des composants électroniques utilisés dans l’émetteur. Pour réaliser une modulation de type ASK, il existe principalement deux techniques : la modulation directe et la modulation externe [1].

Les amplificateurs optiques dopés à l’Erbium (EDFA) :

En ce qui concerne l’atténuation, la compenser revient tout simplement à ré-amplifier le signal optique. L’amplificateur le plus répondu actuellement dans les transmissions longues distances est l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier). Le principe de fonctionnement d’un amplificateur EDFA repose sur l’utilisation d’une fibre dopée avec des ions Erbium . Un pompage optique par laser conduit à une inversion de population afin de placer les ions dans un état excité. Lorsque le signal lumineux passe dans le morceau de la fibre dopée à l’erbium, il stimule la désexcitation des ions et produit par émission stimulée un autre photon identique au photon incident de même fréquence, de même phase et de même direction. Le signal lumineux a donc été doublé par effet d’amplification. Un amplificateur optique est un dispositif qui fonctionne dans deux fenêtres de transmission : la bande Conventionnelle (C-band) entre 1525 nm et 1565 nm et la bande Longue (L-band) entre 1570 nm et 1610 nm. La figure 2.10 illustre le principe d’un amplificateur dopé à l’erbium (EDFA). Figure 2.10.Schéma principal d’un amplificateur dopé à l’erbium EDFA La fibre qui compose cet amplificateur est une fibre monomode de quelques mètres de longueur dont le coeur est dopé par des ions d’erbium. Ensuite, ce dispositif se compose aussi d’une pompe laser à semi-conducteur capable de fournir une forte puissance. Il existe deux longueurs d’ondes de pompage optique 980 nm et 1480 nm qui comme étant les mieux adaptées à l’EDFA. Enfin, un multiplexeur en entrée permet de combiner le signal de pompe et le signal à amplifier, et un autre en sortie permet de récupérer la puissance de pompe non absorbée par la fibre dopée. Les isolateurs (diode optique) quant à eux sont placés pour que le signal optique ne se propage que dans un seul sens, et ainsi éviter toute réflexion parasite, qui pourrait créer une cavité résonante [1,23]. En général un EFDA possède un gain allant de 25 à 45 dB, et une puissance en sortie supérieure à 20 dBm [10].

• Bruit d’émission spontanée amplifié (ASE) : Dans les lignes de transmission par fibre optique, l’utilisation d’amplificateur optique présente une grande source de dégradation de la qualité du signal transmis et une réduction du rendement d’amplification, puisque l’émission stimulée n’est pas le seul phénomène conduisant à la désexcitation des ions. L’autre désexcitation est celle résultante de l’émission spontanée produisant des photons dans des directions aléatoires, qui n’ont aucun lien avec les photons du signal d’entrée. Ces photons émis spontanément sont ensuite amplifiés par l’émission stimulée, et résultent en un bruit optique dit bruit d’émission spontanée amplifiée (ASE :Amplified Spontaneous Emission) [1]. L’évaluation théorique du bruit d’émission spontanée repose sur une analyse quantique du phénomène, donnant la densité spectrale des photons d’émission spontanée à la sortie de l’amplificateur [1] :