Étude de la mise en cascade de deux amplificateurs optiques à semi-conducteur en topologie contra-propagative en vue de la réalisation de fonctions tout-optiques pour les sytèmes de télécommunications

Study of two cascaded semiconductor optical amplifiers (SOA) in a counter-propagating topology in order to realise new all-optical functions for optical communications systems.

• Auteur / Autrice : Ali Hamie
• Direction : Ammar Sharaiha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique-Communications optiques
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits équivalents

Semiconducteurs

Optique intégrée

Amplificateurs optiques

Résumé

Ce travail a été consacré à l'étude théorique et expérimentale de l'association de deux amplificateurs optiques à semi-conducteur (SOA) associés en cascade en topologie contra-propagative. Il a été mené avec pour objectif d'exploiter le phénomène de la modulation croisée du gain (XGM) pour réaliser de nouvelles fonctions tout-optiques pour les systèmes de communications optiques. Dans un premier temps, les caractéristiques statiques théoriques et expérimentales de la configuration proposée ont montré la possiblité de renforcer significativement la non-linéraité des gains des deux SOA utilisés et d'obtenir une variation positive ou négative pour les gains en fonction de la puissance d'entrée. Ainsi, on peut bénéficier d'un taux d'extinction important pour une petite variation de la puissante incidente. Cette propriété aux sorties des SOA peut être exploité pour assurer la régénération. De plus, cette étude a permis de cerner les paramètres de la configuration permettant d'optimiser ce taux d'extinction, en particulier les longueurs et les gains petit-signal respectifs des deux SOA. Dans un second temps, la caractérisation dynamique de la configuration a montré l'influence importante de la saturation du gain sur les réponses fréquentielles et temporelles aux sorties des deux SOA. L'évaluation du débit accessible avec une telle structure a révélé sa dépendance vis à vis de la distance d'interconnexion qui peut être réduite en intégrant la structure. Enfin, nous vons réalisé plusieurs fonctions tout-optiques avec la configuration étudiée telle que l'interrupteur tout-optique, la fonction logique NON-OU, la fonction de conversion en longueur d'onde directe et/ou inverse ainsi que la fonction logique OU.

In this work, a theoretical and experimental study of two cascaded semiconductor optical amplifiers (SOA) in a counter-propagating topology was performed. This study was aimed at exploiting cross gain modulation (XGM) in order to device new all-optical functions for optical communication systems. In a first stage, the theroretical and experimental static characterization of the configuration established the possibility to renforce significantly the gain non-linearity of the two SOAs, leading to either a positive or a negative variation for the gain as a function of the input optical power. Thus, a large extinction ratio can be reached even for a small variation of the incident power. This property can be exploited in order to ensure 2R regeneration. Moreover, this study made it possible to determine those parameters of the configuration that optimize the extinction ratio, in particular the length and the small-signal gain of both SOAs. In a second stage, a dynamic characterization of the configuration was performed, which showed the influence of gain saturation on the frequency and time responses at the output of the two SOAs. Evaluating the rate that can be reached with such a structure revealed a strong dependence on the interconnection distance althought this can be reduced thought integration. Finally, several all-optical functions were devised with the studied configuration, such as an all-opticals switch, a NOR gate, a wavelength conversion function (either direct or inverse) and an OR gate.