Ralentissement de la lumière par effets non-linéaires dans les fibres optiques pour les systèmes de communications à haut débit

par Lilin Yi

Thèse de doctorat en Électronique et communications

Sous la direction de Weisheng Hu et de Yves Jaouën.

Soutenue en 2007

à Paris, ENST en cotutelle avec Shanghai Jiao Tong University .

mots clés

• Télécommunications optiques
• Synchronisation
• Optique non linéaire
• Brillouin, Effet

Résumé

La lumière lente, qui correspond au contrôle de la vitesse de propagation de la lumière par dispersion guide ou matériau du milieu considéré, est une fonction photonique « clé » pour le développement des futures générations de réseaux de communication optique : ligne à retard, synchronisation temporelle de paquets optiques, mémoires tampon. Les résonances associées aux diffusions Raman et Brillouin ou à l'amplification paramétrique dans les fibres optiques ont été proposées pour le ralentissement de la lumière. Il résulte de la courbe de gain une variation brutale de l'indice de réfraction autour de la fréquence de résonance, phénomène physique exprimé au travers des relations de Kramers-Kronig. Cette transition rapide engendre une forte variation de l'indice de groupe au travers du milieu considéré. Les résultats publiés précédemment ont principalement concerné des signaux lents et plus rarement des signaux à haut-débit (> 10 Gb/s) plus proches des applications aux télécommunications optiques. Dans cette thèse, nous utilisons le processus paramétrique bande étroite et le phénomène de diffusion Brillouin stimulée (SBS) large bande dans les fibres afin de réaliser des lignes à retard ajustables pour des signaux à 10 Gb/s. Les performances de la lumière ralentie seront évaluées en mesurant le temps de retard maximum, la qualité du signal retardé par l'ouverture de l’oeil et le taux d'erreur binaire (BER), ainsi que l'optimisation du signal en réduisant au minimum les distorsions induites par la lumière lente.

Titre traduit

Fiber nonlinearities based slow light for high bit-rate communications systems

Résumé

Slow light, referring to slowing down the propagation velocity of the light through engineering the material dispersion or waveguide dispersion of the medium, is a promising technology for optical buffering and packet synchronization in future all-optical communication networks. Recently, slow light in fibers are rapidly developing for their compatibility with fiber-optic communication systems, where the fiber nonlinearities such as stimulated Brillouin scattering (SBS), stimulated Raman scattering (SBS) and parametric process are used to shape the material dispersion of the fiber so as to realize the slow light based on the well-known Kramers-Kronig relationship. What’s more, for being compatible with the present 10-Gb/s optical communication systems, the system performances of 10-Gb/s signals delayed in the fiber nonlinearities based slow light should be thoroughly evaluated. In this thesis, we utilize the narrow band parametric process and broadband SBS in fiber to realize the tunable delay of 10-Gb/s signals. We evaluate the performances of the slow-light delay lines by measuring the maximal delay time, the fractional delay and the signal quality such as eye opening and bit-error-rate (BER) of the delay signal, and optimize the signal quality by minimizing the slow-light induced distortions.