Conception et optimisation d'un amplificateur à fibre dopée à l'erbium

Résumé du document

Le domaine des télécommunications optiques a connu un développement extraordinaire cette dernière décennie. Depuis la pose du premier câble optique de liaison transatlantique en 1988 avec un débit de 280 Mb/s, les performances des systèmes n'ont cessé de croître à une vitesse inimaginable. Leur fusion progressive avec d'autres domaines comme la télévision ou l'informatique suscite de nouvelles applications et donne lieu à une explosion de la demande en bande passante.
L'augmentation exponentielle de cette demande a entraîné le développement de la technologie de multiplexage en longueur d'onde. La montée en puissance qui s'en est suivie a été possible grâce au perfectionnement des lasers et amplificateurs optiques émettant à 1,55 µm, longueur d'onde coïncidant avec le minimum de pertes dans la silice. Parmi ces dispositifs, c'est sans doute les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium qui ont connu le plus grand essor. Depuis leurs apparitions, vers la fin des années 80, ils ont eu la faveur des expérimentateurs du fait de leur insensibilité à la polarisation,leur bande passante, leur compatibilité au multiplexage, leur faible perte de couplage et leur puissance de sortie relativement élevée par rapport aux amplificateurs à semi-conducteur utilisés précédemment.

Les amplificateurs à fibre optique dopée à l'erbium sont désormais incontournables sur une ligne de transmission télécom longue distance. Ils permettent également la réalisation de sources lasers compactes aux longueurs d'ondes télécoms c'est à dire entre 1,5 et 1,6 µm. L'objectif consiste à développer un amplificateur optique de puissance élevée, de pompage monomode transverse à 980 nm compatible avec l'amplification d'impulsions ultracourtes subpicosecondes. L'optimisation de la longueur de fibre sera donc un point important car une fibre trop longue induirait des pénalités de dispersion chromatique et de non-linéarité, elle sera réalisée au moyen de simulations numériques avant de s'adonner à la réalisation de la cavité laser.

Extraits

[...] MAURY, Étude et caractérisation d'une bre optique amplicatrice et compensatrice de dispersion chromatique http ://www.unilim.fr/theses/2003/sciences/2003limo0043/these.html THESE E. OLMEDO HERRERO, Étude des eets non linéaires dans les lasers et amplicateurs de puissance à bre double gaine dopée Er3+ /Yb3+ Généralités sur l'amplication par bres dopées erbium http ://www.geocities.com/ . /RapportEDFA/projetsysteme.htmlToc451941110 E. Desurvire, Erbium-doped ber ampliers. Principles and applications. [...]

[...] Le réseau de Bragg consiste en une variation périodique de l'indice de réfraction du coeur de la bre qui est le milieu dans lequel se propage le signal, gure Quand la lumière se propage dans la bre, le réseau rééchit les longueurs d'onde qui vérient la relation :λ = 2nef f Λ, où Λ est la période de la modulation d'indice. Fig Schéma d'un réseau de Bragg 3.4 Amplicateur à bre dopée erbium Dans le but d'étudier l'amplicateur à bre dopée nous rajoutons un laser DFB à 55µm ainsi qu'un isolateur dans le sens copropagatif puis contrapropagatif. [...]

[...] Le principe de fonctionnement est le même que celui des EDFA, la diérence vient du faite que ce ne sont pas les photons issus d'une source extérieure qui sont ampliés mais les photons issus de l'émission spontanée de la bre dopée elle-même. Nous proposons alors de réaliser une SSF dopée erbium et de modéliser la puissance de sortie en fonction de la puissance injectée dans un montage simple passage 21 Chapitre 3 Etude expérimentale d'un amplicateur optique puis dans un montage double passage. [...]

[...] d'Erbium Etude expérimentale d'un amplicateur optique Caractérisation du montage . Fluorescence de la bre dopée . Le réseau de Bragg . Amplicateur à bre dopée erbium Conclusion Bibliographie A Fiche technique de la bre B Programme Matlab sens propagatif C Programme Matlab sens bidirectionnel Chapitre 1 Introduction générale Le domaine des télécommunications optiques a connu un développement extraordinaire cette dernière décennie. Depuis la pose du premier câble optique de liaison transatlantique en 1988 avec un débit de 280 Mb/s, les performances des systèmes n'ont cessé de croître à une vitesse inimaginable. [...]

[...] Le coecient de gain, exprimé en dB/m, est la diérence entre le coecient d'émission et le coecient d'absorption des dopants, pondérés par les populations relatives des niveaux excités et fondamentaux : dφs dφs N0 σs Γs φs = = g(z)φs = φs φs dz dz σp φp τ2 1 σp φp τ2 + 2σs φs τ2 + 1 N2 N1 N0 ( 2.18 ) ( 2.19 ) g = N0 σs Γs La variation de la puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée nous donne les graphiques suivants, gure 2.15 et Nous remarquons que l'amplication devient eective dès les faibles puissances puis le gain tend vers une valeur 17 Chapitre 2 Conception d'un amplicateur optique PUISSANCE SIGNAL DE SORTIE EN FONCTION DE LA PUISSANCE D ENTREE 0.65 PUISSANCE SIGNAL DE SORTIE EN FONCTION DE LA PUISSANCE D ENTREE Pout (en Watt) 0.45 Pout (en Watt) Pin (en Watt) Pin (en Watt) x Fig Evolution de la puissance de Fig Evolution de la puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée dans la bre. sortie en fonction de la puissance d'entrée à faible puissance. proche de proche de en régime de très forte saturation. [...]