Etude des effets non-linéaires à l'oeuvre dans les transmissions optiques fortement dispersifs

par Edouard Grellier

Thèse de doctorat en Optique et photonique

Sous la direction de Eric Lantz.

Soutenue en 2011

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Système dfe transmission optique
• Dispersion chromatique
• Gestion de la dispersion
• Effets non-lineaires
• Detection cohérente
• Multiplexage en polarisation
• Systèmes de télécommunications

Résumé

Afin de suivre la croissance du volume de données échangées, les opérateurs de télécommunications déploient aujourd’hui des systèmes de transmission optiques fonctionnant à 100Gbit/s par canal. Pour y parvenir, des techniques innovantes ont dû être développées avec en premier plan la détection cohérente et de nouveaux formats de modulation. Par ailleurs, la ligne de transmission elle même évolue: on considère de plus en plus de ne compenser la dispersion chromatique qu'aux extrémité de la ligne, le système alors opère dans le régime dit "fortement dispersif". Dans ces conditions il devient nécessaire de revoir l'étude des effets non-linéaires. Pour cela, nous commençons par montrer qu'il faut utiliser des séquences test de plusieurs milliers des bits de bits pour estimer le taux d'erreur de systèmes fortement dispersifs. Ensuite nous développons une approche perturbative du premier ordre de l équation non linéaire de Schrödinger pour un champ vectoriel, ce qui permet d'étudier les formats multipléxés en polarisation. Puis, nous montrons que, pour les systèmes fortement dispersifs, l'impact des effets non-linéaires est semblable à du bruit additif gaussien. Nous utilisons cette propriété pour revoir la notion de seuil non-linéaire c'est à dire du réglage de puissance constituant le meilleur compromis entre l'impact du bruit et celui des effets non linéaires. Enfin nous établissons des règles simples décrivant l'évolution de la performance en fonction de paramètres tels que le nombre de tronçons, la puissance optique ou la dispersion accumulés. Nous bâtissons également un modèle pour prédire les performances du système quelque soit la stratégie de gestion de la dispersion.

Titre traduit

Study of nonlinear effects in highly dispersive optical fibre transmission systems

Résumé

In order to respond to the ever increasing need for capacity in data transmission, telecommunication providers are now installing optical transmission systems operating at 100Gbit/s per channel. To enable such transmission, several key technologies have been developed such as coherent detection and new modulation formats. In the meantime, the transmission line itself is evolving and system with no line chromatic dispersion compensation are more and more considered , these systems operate in the so-called “highly dispersive regime”. The large distortion affects the non-linear interactions among the different signals and makes it necessary to revisit the study of the non-linear effects. To that end, we begin by showing that the study of highly dispersive system requires test sequences of several thousands of bits. Then, we derive a first order perturbative approach of the non-linear Schrödinger equation for a vector field that enables to study systems using modulated on either 1 or 2 polarisations. We show that in highly dispersive systems, the impact of non linear effects is similar to additive Gaussian noise. And we use this property to revisit the notion of non-linear threshold, i. E. The optical power setting leading to the best trade-off between the impacts of the noise and the non-linear effects. Finally we establish practical design rules predicting the evolution of the performance with respect to parameters such as the number of spans, the optical power or the amount of cumulated chromatic dispersion. And we establish a model providing a performance prediction for any dispersion management strategy.