Les filtres interférentiels en polarisation, principe de fonctionnement et fonction de reconfiguration

Les Multiplexeurs optiques à insertion/extraction reconfigurables en longueur d’onde

Il est bien établit que les réseaux actuels utilisent le multiplexage en longueur d.onde. Cela veut dire que l’information circule sous forme d.un signal composé de plusieurs longueurs d.onde, où chaque longueur d.onde représente un canal portant une information particulière. Ceci implique qu.aux différents n.uds du réseau, la fonction de filtrage doit être capable d.agir sur un spectre de longueur d.onde, de façon à extraire ou à insérer des longueurs d.onde indépendamment les unes aux autres. D.autre part, le n.ud du réseau représente une position très particulière, car il comporte des interconnections entre différents types et nombres de réseaux. La fonction de filtrage doit par conséquent prendre en compte ces différents points, et doit être capable de s.adapter selon chacun. Autrement dit, cette fonction doit être agile en longueur d.onde d.une part, et doit être capable d.interconnecter différents réseaux d.autre part. Le défi dans ce cas réside non seulement sur les performances du filtre, car aux interconnections entre réseaux, les spectres sont densifiés, mais aussi dans son architecture. Cette dernière est un point clé. C.est dans ce contexte que les multiplexeurs optiques à insertion-extraction reconfigurables en longueur d.onde (ROADM, Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer) ont vu le jour. La première partie de ce chapitre sera donc consacré à ce type de dispositifs. Nous présenterons leur principe de fonctionnement puis nous mettrons l.accent sur les différentes architectures existantes, en précisant les caractéristiques de chacune. Leurs performances seront ensuite citées, comparant ainsi les différents dispositifs existants, dans le but d.identifier les objectifs à atteindre.

Définition et principe de fonctionnement

Un multiplexeur optique à insertion/extraction de longueurs d.onde (OADM, Optical Add/Drop Multiplexer) est un dispositif dédié à la fonction de routage optique aux n.uds du réseau, et adapté aux transmissions utilisant le multiplexage en longueur d.onde [17, 18, 19]. L.objectif de la mise en place de ce type de dispositifs découle directement, d.une part, de la volonté d.augmenter la capacité des réseaux en exploitant au maximum les bandes passantes offertes par la fibre optique, et d.autre part, de réduire les coûts d.investissement (CAPEX, Capital Expenditure) et les dépenses opérationnelles (OPEX, Operational Expenditure). En effet, ce type de dispositif est d.abord transparent par rapport au débit, et est ensuite reconfigurable à distance. Son principe de fonctionnement est basé sur l.insertion et l.extraction de longueurs d.onde dans un spectre d.un signal multiplexé en longueur d.onde. Ces opérations sont effectuées pour router l.information portée par chaque longueur d.onde, qui représente un canal, vers une direction spécifique.

Ainsi, chaque canal extrait est remplacé par un autre de même fréquence optique et portant une autre information. Un ROADM reprend le même principe de fonctionnement, en ajoutant néanmoins la fonction de reconfiguration des longueurs d.onde. Celle-ci permet une agilité additionnelle dans la mesure où le dispositif peut extraire n.importe quelle longueur d.onde du spectre, et la réinsérée ensuite, sachant que ces fréquences optiques étaient prédéfinies dans les OADMs. D.ailleurs, en partant du schéma classique d.un multiplexeur optique, c.est l.architecture du dispositif qui permettra le rajout de plusieurs fonctionnalités, entre autres, la reconfiguration de la longueur d.onde. Ces architectures sont catégorisées en trois ensembles : les BOADMs (Wavelength Blocker Based OADM), les ROADMs (Reconfigurable OADM) et les TOADMs (Tunable OADM) [20]. La figure ci-dessous illustre le schéma synoptique d.un ROADM mettant en évidence son principe de fonctionnement.

Les commutateurs sélectifs en longueur d.onde La première architecture utilisée pour les OADMs est celle basée sur les bloqueurs de longueurs d.onde (WB, Wavelength Blocker) [26]. Son fonctionnement est basique et le schéma synoptique illustré par la figure 1.1 peut très bien l.expliquer. Le bloqueur de longueur d.onde est situé au niveau du module des canaux express et sert à bloquer les longueurs d.onde extraites. Les ports d.insertion et d.extraction sont dédiés à des longueurs d.onde spécifiques, et sont nommés : ports colorés. Ce type de dispositif a été implémenté en technologie espace libre en utilisant les micro-miroirs électromécaniques (MEMS, Micro-Electro-Mechanical System) [27, 28].

Les ports colorés, la rigidité du dispositif (absence de toute fonction de reconfiguration) et la complexité des interconnections réseaux, souvent de degré supérieur à 2 (interconnexion entre deux réseaux), a cependant exigé des brasseurs optiques plus connectés et donc plus complexes. Ainsi cette technologie est devenue insuffisante en termes de performances. Une autre architecture a été ensuite développée dans le but d.augmenter ces performances en leur adjoignant notamment la fonction d.égalisation de canaux. Basés sur une technologie en optique intégrée, les circuits optiques planaires (PLC, Planar Lightwave Circuit) ont en effet été utilisés pour l.implémentation des ROADMs, en utilisant des atténuateurs optiques variables (VOA, Variable Optical Attenuator) pour l.égalisation et l.extinction des canaux [29, 30, 31]. L.architecture basée sur les PLCs est illustrée sur la figure ci-dessous,

La technologie LCoS Contrairement aux

LCoS utilisés dans l.architecture précédente, qui représente d.ailleurs uniquement une solution alternative à la barrette MEMS, l.architecture que nous allons présenter dans ce paragraphe, qui est aussi en espace libre, est conçue en se basant sur un écran à cristaux liquides sur silicium à 2 dimensions et haute résolution, combinant ainsi les technologies cristaux liquides et semi-conducteurs [53, 54, 49]. La figure ci-dessous illustre le schéma de principe du dispositif. Son principe de fonctionnement est le suivant : un spectre multi-longueur d.onde est incident dans le dispositif via la barrette de fibre. Il est réfléchi sur un réseau de diffraction à l.aide d.un miroir. Au niveau du réseau, chaque longueur d.onde est réfléchie suivant une direction donnée, et est acheminée vers l.écran LCoS. A ce stade, chaque longueur d.onde subit des transformations comme l.atténuation de sa puissance. Après cela, chacune d.elle est commutée vers une fibre de sortie spécifique de la barrette de fibres.

Dans ce cas, c.est l.écran LCoS qui commute une longueur d.onde particulière vers une fibre donnée, et possède même la possibilité de compensation de dispersion pour chaque faisceau. Par ailleurs, l.architecture est telle qu.aucune longueur d.onde n.interagit avec une autre, et par conséquent, il n.existe aucun phénomène d.interférence dans ce dispositif. En outre, cette configuration permet d.avoir des spectres à 50GHz et 100GHz de bande passante et d.espacement entre canaux, et la sélection de plusieurs longueurs d.onde consécutives à la fois. Ceci est obtenu grâce à la fonction d.accordabilité de la bande passante du filtre. D.autre part, cette configuration permet aussi de bloquer certains canaux, ou de simplement les atténuer grâce à la fonction d.atténuation de l.amplitude des canaux [53, 55, 56].

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Table des matières

Introduction Générale
Chapitre 1 : Etat de l.art
1.1. Introduction
1.2. Les Multiplexeurs optiques à insertion/extraction reconfigurables en longueur d.onde 8
1.2.1. Définition et principe de fonctionnement
1.2.2. Les commutateurs sélectifs en longueur d.onde
1.2.3. Technologies d.implémentation de WSS
1.2.4. Comparaison entre les différentes technologies d.implémentation des WSSs
1.2.5. Conclusion
1.3. La fonction de filtrage dans les télécoms
1.3.1. Principe de fonctionnement
1.3.2. Technologies d.implémentation des filtres optiques
1.3.3. Conclusion
1.4. Objectifs et cahier des charges
Chapitre 2 : Les filtres interférentiels en polarisation, principe de fonctionnement et fonction de reconfiguration
2.1. La polarisation de la lumière
2.1.1. Qu.est-ce que la lumière ?
2.1.2. Description d.une vibration lumineuse
2.1.3. Les différents états de polarisation d.une onde lumineuse
2.1.4. Formalismes de représentation des états de polarisation
2.2. Propagation d.une onde lumineuse dans un milieu biréfringent
2.2.1. Les milieux anisotropes et l.ellipsoïde des indices
2.2.2. Propagation d.une onde lumineuse à travers les lames biréfringentes : formalisme de Jones
2.3. Les filtres interférentiels en polarisation
2.3.1. Principe des interférences en polarisation
2.3.2. Filtre de .olc
2.3.3. Filtre de Lyot
2.4. Cristaux liquides, propriétés électro-optiques et accordabilité des filtres interférentiels à polarisation
2.4.1. Les cristaux liquides
2.4.2. Accordabilité des filtres interférentiels à polarisation
2.5. Conclusion
Chapitre 3 : Le filtre à interféromètres hybrides au service des réseaux optiques, fonctionnalités et performances
3.1. Amélioration du contraste et de la finesse d.un filtre de Lyot
3.1.1. Etat de l.art
3.1.2. Contraste et finesse d.un filtre de Lyot classique
3.1.3. Le concept du passage multiple
3.1.4. Amélioration des performances du filtre de Lyot
3.1.5. Résultats numériques et expérimentaux
3.1.6. Conclusion
3.2. Fonction d.égalisation de l.amplitude de la longueur d.onde centrale d.un filtre de Lyot
3.2.1. Définition et état de l.art
3.2.2. Principe
3.2.3. Résultats numériques et expérimentation
3.2.4. Conclusion
3.3. Fonction d.accordabilité de la bande passante dans un filtre de Lyot
3.3.1. Définition et état de l.art
3.3.2. Principe théorique
3.3.3. Résultats numériques et expérimentaux
3.3.4. Conclusion
3.4. Filtre biréfringent accordable égaliseur à étages hybrides et passages multiples
3.4.1. Description de la structure
3.4.2. Etude des performances et fonctionnalités de la nouvelle structure
3.4.3. La grille ITU et l.optimisation de la structure
3.5. Conclusion
Chapitre 4 : Comportement du filtre dans le réseau, performances et limitations
4.1. Architecture et caractéristiques du TMBF
4.2.1. Pertes d.insertion du TMBF
4.2.2. L.architecture WSS
4.2. Approche système
4.2.1. Description de l.étude
4.2.2. Etude de la fonction de filtrage
4.2.3. Conclusion
4.3. L.approche Harris
4.3.1. Principe de l.approche
4.3.2. Description de l.approche
4.3.3. Approximation de Tchebychev
4.3.4. Avantage de l.approximation Tchebychev
4.3.5. Enjeux de l.approche Harris
4.4. Conclusion
Conclusion et Perspectives
Bibliographie