Récupération d'horloge par boucle à verrouillage de phase utilisant le mélange à quatre ondes dans un amplificateur optique à semi-conducteurs - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Clock recovery by phase-locked loop using four-wave mixing in a semiconductor optical amplifier

Récupération d'horloge par boucle à verrouillage de phase utilisant le mélange à quatre ondes dans un amplificateur optique à semi-conducteurs

Résumé

In the context of high-speed optical transmission networks, this work focuses on clock recovery, a function which is critical to signal reception and regeneration. At several tens of gigabits per second per channel, the electronic phase-locked loops that traditionally perform this task are difficult to realize. However, it is possible to reproduce their outline using faster nonlinear optical devices, notably semiconductor optical amplifiers.
After laying out the context and a few general considerations on the working principles of said phase-locked loops and optical amplifiers, we present two clock recovery systems using four-wave mixing occurring in the latter. This nonlinear effect is observed and studied, as well as the clock recovery devices themselves, whose operation is experimentally demonstrated on RZ and NRZ 10 Gbps optical signals. Bit error ratio measurements show negligible penalties; a locking bandwidth on the order of a few tens of kilohertz, and a jitter on the order of a picosecond, are obtained.
Although nowadays such bit rates are no longer that impressive, these schemes, being based on ultrafast nonlinear effects, can be extended to much higher bit rates (on the order of several hundred gigabits per second or beyond) and to fractional clock recovery, for time-division demultiplexing applications. The corresponding experiments remain to be done, as well as the utilization of nonlinear low-noise components such as microstructured optical fibers and periodically-poled lithium niobate.
Dans le contexte des réseaux de transmission optiques à haut débit, l'on s'intéresse à la récupération d'horloge, fonction critique au niveau de la réception et de la régénération des signaux. À plusieurs dizaines de gigabits par seconde par canal, les boucles à verrouillage de phase électroniques remplissant traditionnellement cette tâche sont difficiles à réaliser. Or il est possible d'en reproduire le schéma à l'aide de composants optiques non-linéaires plus rapides, notamment les amplificateurs optiques à semi-conducteurs.
Après une mise en contexte et quelques généralités sur le principe de fonctionnement desdits boucles de phase et amplificateurs optiques, nous présentons deux systèmes de récupération d'horloge utilisant le mélange à quatre ondes dans ces derniers. Cet effet non-linéaire est observé et étudié, ainsi que les dispositifs de récupération d'horloge, dont le fonctionnement est démontré expérimentalement sur des signaux optiques de type RZ et NRZ à 10 Gbps. Des mesures de taux d'erreurs montrent une pénalité négligeable ; on obtient une bande d'accrochage de l'ordre de quelques dizaines de kilohertz, et une gigue de l'ordre de la picoseconde.
Bien que ce débit ne soit plus très impressionnant de nos jours, ces schémas, reposant sur des effets non-linéaires ultrarapides, peuvent être étendus à une utilisation à des débits beaucoup plus élevés (de l'ordre de plusieurs centaines de gigabits par seconde voire au-delà) et à la récupération d'horloge fractionnelle, pour des applications de démultiplexage temporel. Les expériences correspondantes restent à effectuer, ainsi que l'utilisation de composants non-linéaires à faible bruit tels que les fibres optiques microstructurées et le niobate de lithium périodiquement orienté.
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Dates et versions

tel-00005767 , version 1 (05-04-2004)

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  • HAL Id : tel-00005767 , version 1

Citer

Cédric Ware. Récupération d'horloge par boucle à verrouillage de phase utilisant le mélange à quatre ondes dans un amplificateur optique à semi-conducteurs. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Télécom ParisTech, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005767⟩
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