THESE

LABORATOIRE INTERFACES CAPTEURS ET MICORELECTRONIQUE Ecole Doctorale IAEM – Lorraine Département de Formation Doctorale Electronique- Electrotechnique THESE Présentée pour obtenir le grade de docteur de l’Université Paul Verlaine – Metz Discipline: Electronique Etude et optimisation d’une chaîne de transmission numérique sur fibre optique : vers une compensation électronique de la PMD par Nassima BOUDRIOUA Soutenance prévue le 25 octobre 2007 Composition du jury Jean Michel DUMAS Pr., ENSIL –Limoges (Rapporteur) Badr-Eddine BENKELFAT Pr., INT Evry (Rapporteur) Abbas DANDACHE Université de Metz Directeur de thèse Azzedine BOUDRIOUA Pr., Université Paris 13 Co-directeur Didier ERASME Pr. ENST – Paris (Examinateur) Camille DIOU MC, Université de Metz (Exami Fabrice MONTEIRO Pr., Université de Metz (Examinateur) Régis KREMER MC, Université de Metz (Examinateur) _______________________________________________________________________________ LICM – 07 rue Marconi, 57070 Metz, France Tél. +33 (0)3 87 54 73 06 / 11 – Fax : +33 (0)3 87 54 73 07 – www.licm.sciences.univ-metz.fr  AVERTISSEMENT Cette thèse est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et disponible à l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Elle est soumise à la propriété intellectuelle de l'auteur au même titre que sa version papier. Ceci implique une obligation de citation, de référencement dans la rédaction de tous vos documents. D'autre part, toutes contrefaçons, plagiats, reproductions illicites entraînent une poursuite pénale. Enfin, l'autorisaton de diffusion a été accordée jusqu' à nouvel ordre. ➢ Contact SCD Metz : daniel.michel@scd.univ-metz.fr Ecrire au doctorant: Code de la Proriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Proriété Intellectuelle. arti 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htmLABORATOIRE INTERFACES CAPTEURS ET MICORELECTRONIQUE _______________________________________________________________________________ LICM – 07 rue Marconi, 57070 Metz, France Tél. +33 (0)3 87 54 73 06 / 11 – Fax : +33 (0)3 87 54 73 07 – www.licm.sciences.univ-metz.fr  SOMMAIRE REMERCIEMENTS -------------------------------------------------------------------------------- 4 INTRODUCTION GENERALE ------------------------------------------------------------------ 5 CHAPITRE 1 : INTRODUCTION AUX RESEAUX DE TELECOMMUNICATIONS PAR FIBRES OPTIQUES --------------------------------------- 9 Introduction ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 1. Eléments de bases des réseaux optiques --------------------------------------------------------------------- 9 1.1. Topologies physiques du réseau fixe----------------------------------------------------------------------- 10 1.2. Les réseaux de télécoms par fibres optiques :------------------------------------------------------------- 10 1.2.1. Le réseau étendu ou longue distance (WAN, Wide Area Network)----------------------------- 11 1.2.2. u métropolitain (MAN, Metropolitan Area Network)----------------------------------- 12 1.2.3. Le réseau local (LAN, Local Area Network)------------------------------------------------------- 12 1.3. Les techniques de multiplexage ---------------------------------------------------------------------------- 14 1.3.1. En rajoutant des fibres optiques---------------------------------------------------------------------- 15 1.3.2. Le multiplexage temporel (TDM, Time Division Multiplexing) -------------------------------- 15 1.3.3. Le multiplexage en longueur d’onde (WDM, Wavelength Division Multiplexing)----------- 16 2. La fibre optique------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 2.1. Structure, principe et caractéristiques de la fibre optique monomode --------------------------------- 17 2.2. Modes dans les fibres optiques ----------------------------------------------------------------------------- 19 2.3. Propagation de la lumière dans la fibre optique ---------------------------------------------------------- 21 2.3.1. Atténuation dans la fibre ------------------------------------------------------------------------------ 22 2.3.2. Dispersion chromatique (CD, Chromatic Dispersion) -------------------------------------------- 23 2.3.3. Effet de la dispersion chromatique------------------------------------------------------------------- 25 2.3.4. Principaux effets non linéaires dans les fibres optiques------------------------------------------- 25 2.3.5. Dispersion de mode de polarisation (PMD, Polarization Mode Dispersion) ------------------- 27 Conclusion ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29 Références bibliographiques ------------------------------------------------------------------------------------------ 30 CHAPITRE 2 : EFFET DE LA DISPERSION CHROMATIQUE DANS LES LIAISONS NUMERIQUES OPTIQUES A HAUT DEBIT------------------------------------32 Introduction -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32 1. Description de la liaison simulée et des outils------------------------------------------------------------- 32 2. Caractéristiques et principes de fonctionnement -------------------------------------------------------- 33 2.1. La partie émission -------------------------------------------------------------------------------------------- 33 2.1.1. La source optique -------------------------------------------------------------------------------------- 34 2.1.2. Les techniques de Modulation------------------------------------------------------------------------ 37 2.2. Le module de transmission ---------------------------------------------------------------------------------- 41 2.3. La partie réception 41 2.3.1. Le photodétecteur 41 2.3.2. Amplificateur électrique ------------------------------------------------------------------------------ 43 2.3.3. Circuit de filtrage 43 1 2.3.4. Le Circuit de décision --------------------------------------------------------------------------------- 44 3. Simulations des effets de la dispersion chromatique dans les fibres standard --------------------- 44 3.1. Paramètres de simulations----------------------------------------------------------------------------------- 44 3.1.1. Courant du Laser : ------------------------------------------------------------------------------------- 44 3.1.2. Le laser -------------------------------------------------------------------------------------------------- 45 3.1.3. Circuit de données électriques------------------------------------------------------------------------ 45 3.1.4. Modulateur électro-absorbant 46 3.1.5. Fibre optique : ------------------------------------------------------------------------------------------ 47 3.1.6. La photodiode PIN : 48 3.1.7. Amplificateur électrique :----------------------------------------------------------------------------- 48 3.1.8. Filtre : --------------------------------------------------------------------------------------------------- 49 3.1.9. Horloge : ------------------------------------------------------------------------------------------------ 49 3.1.10. Synchronisation ou retard : --------------------------------------------------------------------------- 50 3.1.11. Décision : ----------------------------------------------------------------------------------------------- 50 3.2. Résultats et discussion --------------------------------------------------------------------------------------- 50 3.2.1. Résultats de simulations pour la fibre SMF non compensée ------------------------------------ 51 3.2.2. Résultats de Simulations de la fibre SMF compensée par une DCF ---------------------------- 53 3.2.3. Simulation de la liaison en tenant compte de la PMD--------------------------------------------- 55 Conclusion ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 56 Références bibliographiques ------------------------------------------------------------------------------------------ 58 CHAPITRE 3 : ETUDE DES EFFETS DE LA DISPERSION DE MODE DE POLARISATION DANS LES FIBRES SMF : INFLUENCE DE LA TEMPERATURE 59 Introduction -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 59 1. Théorie et modélisation de la PMD dans une fibre SMF ---------------------------------------------- 60 1.1. Polarisation de la lumière------------------------------------------------------------------------------------ 60 1.1.1. Formalisme de Jones ---------------------------------------------------------------------------------- 60 1.1.2. Formalisme de Stokes --------------------------------------------------------------------------------- 62 1.2. Définition et origines de la PMD --------------------------------------------------------------------------- 63 1.3. La PMD dans le régime courte distance (L<>L ) ------------------------------------------------------ 65 C 1.5. Les caractéristiques de la PMD----------------------------------------------------------------------------- 66 1.5.1. Le modèle des états principaux de polarisation ---------------------------------------------------- 66 1.5.2. Le vecteur de PMD et la PMD du 2ième ordre 67 1.6. La nature statistique de la PMD ---------------------------------------------------------------------------- 69 1.7. Les effets de la PMD sur les transm