Les réseaux d’accès sont particulièrement concernés par les montées en débit dans un contexte exigeant et compétitif. En 2013, les verrous technologiques autour des cavités auto-alimentées limitaient leur expansion. Notre propos fut de les aborder selon une approche “composant”. A partir de caractérisations croisées entre des RSOA variés et de simulations, nous avons montré: - l’importance du seuil du RSOA sur les performances globales ; - les rôles de l’émission spontanée, de la densité de porteurs, des recombinaisons Auger et de la hauteur des barrières ; - la sensibilité des RSOA fort gain au ripple. Livrés à nos partenaires, les RSOA bande O menèrent à des résultats à l’état de l’art tandis que les RSOA aluminium ne tinrent les promesses espérées. Nous cherchâmes alors à trouver des solutions alternatives. Comparativement au RSOA, Fabry-Pérot comme EAM-RSOA limitent le chirp et sont de plus grande bande passante. Toutefois, intégrés en cavité, ils ne dépassèrent pas les 2,5 Gbit/s pour un BER restreint. Pourtant, pris séparément, RSOA et EAM autorisent des débits jusqu’à 20 Gbit/s. Nous pensons qu’en remplaçant le tronçon de fibre par de l’optique en espace libre confirmerait le potentiel de ce concept / Today, access networks have to face higher data bit rates with strong constraints and competitors. In 2013, self-seeded cavities were limited by some issues that we have tried to solve from a component point of view. Thanks to experimental observations on various RSOA and thanks to simulations, we have shown: - the impact of RSOA threshold on the global performances, - the influence of the spontaneous emission, of the carrier density, of Auger recombination as well as the barrier bandgap, - how high gain RSOA were sensitive to ripple. Delivered to our partners, O band RSOA led to state-of-the-art results whereas aluminum RSOA were disappointing. We looked for short/mid-terms solutions. Compared to RSOA, both of the Fabry-Perot and the RSOA-EAM reduce the chirp and display an enhanced bandwidth. Yet, integrated in the cavity, they were limited at 2.5 Gbit/s with a high BER. Nonetheless each of the EAM and the RSOA could support up to 20 Gbit/s. We believe we could prove such data bitrates by replacing the feeder fiber between the two components by a free space link

<p>Reflective semiconductor optical amplifiers (RSOA) are widely used in wavelength-division-multiplexed passive optical networks (WDM-PON). RSOAs in optical network units (ONUs) are operated in the gain saturation region so that the amplitude squeezing effect can be used to erase the information on downstream signals, however, the upstream signals go through the same RSOA need to be amplified.</p> <p>In order to use one RSOA to satisfy the need of erasing the information on downstream signal by using amplitude squeezing effect and amplifying the upstream signal at the same time, an asymmetric RSOA design is proposed and demonstrated in this thesis. The ridge width becomes narrower along the traveling direction of the downstream signal so that the downstream signal can be amplified in the saturation region of the RSOA. At the same time, the ridge width increases in the traveling direction of the upstream signal, so that the modulated upstream signal can be amplified by the asymmetric RSOA. In this thesis, I mainly focus on the designing of the structure of the RSOA to enlarge the gain difference between upstream and downstream gain. Difference between wide end and narrow end effective indices, cavity length, the way that effective index changes from the wide end to the narrow end and bias current are factors that can affect the gain difference. How the device performance is affected by the factors were analyzed. An optimized structure of asymmetric RSOA is then proposed according to the effects of the factors. The performance of the asymmetric RSOA, including gain dynamic performance, saturation output power, and upstream output power, is compared with symmetric RSOA. The asymmetric RSOA shows better performance in erasing the downstream signal information as well as amplifying upstream signal.</p> / Master of Applied Science (MASc)

Le travail de thèse porte sur une étude d'impact de différentes structures SOA sur la transmission optique de signaux OFDM modulés en intensité et reçus en détection directe (IMDD-OOFDM), dans le cadre des réseaux d'accès de nouvelle génération (σGPτσ). Dans la première partie du travail, nous avons d’abord validé expérimentalement la modélisation d’un RSτA sur une large plage d’utilisation. Ce modèle a ensuite été implémenté dans le cadre d'une plate-forme de co-simulation pour les systèmes de transmission IMDD-OOFDM et pour la conversion en longueur d'onde de signaux OOFDM avec une validation expérimentale. Une analyse approfondie des performances de transmission a été ensuite menée en termes de puissance optique et de longueur d’onde injectées, de longueur de fibre, de l’émission spontanée amplifiée (ASE), de la bande passante électrique et des non-linéarités du RSτA. Nous avons notamment montré théoriquement qu’une capacité minimale de transmission de 8,9 Gb/s sur 100 km pouvait être atteinte sur une plage de 100 nm avec le RSOA utilisé et avec l’aide d’une modulation adaptative (AMττFDM). Nous avons également démontré expérimentalement, pour la première fois à notre connaissance, la conversion de longueur d'onde de signaux optiques OOFDM-16QAM sur une plage de 70 nm en utilisant l'effet XGM du RSOA. Dans la seconde partie, nous avons développé la modélisation de plusieurs structures de SOA : un SOA à îlots quantiques (QD SOA), un SOA bi-électrodes et deux SOA cascadés en configuration contra-propagative. Nous avons étudiés leurs performances en transmission à l’aide de la modulation AMττFDM. Nous avons montré que ces structures présentent une capacité de transmission allant jusqu’à 30 Gb/s avec des distances de transmission jusqu'à 60 km. Nous avons montré également que le QD-SOA présente de meilleures performances en termes de capacité de transmission pour des distances allant jusqu'à 140 km en comparaison avec les deux autres configurations. / The thesis work deals with study of different SOA structures impact on the transmission of intensity modulation and direct detection OFDM signals in the context of the next generation access networks. In the first part of the work, we have experimentally validated a comprehensive wideband RSOA field model. It was the nused as part of a co-simulation platform for IMDD-OOFDM and OOFDM wavelength conversion transmission systems. Thanks to this co-simulation platform that presents good agreement with the measurement, and our experimental setup, we analyze the transmission performance in terms of optical input power, fiber length, ASEnoise, electrical bandwidth and RSOA nonlinearities. We showed by simulation that an AMOOFDM signal transmission over a 100 nm wavelength range with a minimum transmission capacity of 8.9 Gb/s for fiber lengths up to 100 km can be reached. Finally, we experimentally demonstrated, for the first time to the best of our knowledge, the feasibility of performing wave length conversion over 70 nm of OOFDM-16QAM optical signals using the XGM effect in an RSOA. In the second part of this work we develop a simplified quantum dot –SOA and two electrode SOAintensity modulator models and study their effect on a numerical OFDM IMDD transmission system, we also study a two cascaded SOA in a counter propagating configuration as an intensity modulator. We find that for the three configurations we can achieve a high transmission capacity of around 30 Gb/s for transmission distances up to 60 Km, we also find that the QD-SOA will have the best performance in terms of transmission capacity for distances up to 140 Km in comparison with the two other SOA configurations.

Initialement poussées par le marché résidentiel, les évolutions du réseau d’accès optique sont aujourd’hui également stimulées par l’expansion du réseau mobile. Comme le montre le premier chapitre de ce document, l’introduction d’un multiplexage en longueur d’onde dense constitue l’une des solutions privilégiées pour permettre la montée en débit dans les réseaux d’accès optique. Dans cette thèse, l’impact de l’introduction du multiplexage en longueur d’onde dense est étudié sous trois axes :• Une prochaine étape de l’évolution des technologies pour les réseaux d’accès passerait par une hybridation entre d’une part, un multiplexage temporel (hérité des précédentes générations), et d’autre part, un multiplexage en longueur d’onde dense. Cette technologie, appelée NGPON2-TWDM, permet aujourd’hui d’envisager des débits de 40Gb/s à 80Gb/s grâce à 4 ou 8 canaux. Les difficultés liées à la stabilité de la longueur d’onde lors de l’émission de données en mode paquet dans le sens montant du lien, ainsi que les solutions associées, sont étudiées dans le second chapitre.• L’importance du marché que représente le réseau d’accès optique (aussi bien pour les clients résidentiels que pour les réseaux mobiles), induit la nécessité pour les différentes générations de technologies de coexister au sein d’une même infrastructure. Du fait des fortes puissances optiques en jeu et des plages spectrales allouées à chaque technologie, cette coexistence peut induire des interactions entre technologies par émission Raman stimulée, dont le principe et les impacts sont décrits dans le troisième chapitre.• Enfin, la quatrième partie de ce document est dédiée à l’étude des limites et potentialités de la technologie self-seeded pour le multiplexage en longueur d’onde dense en bande O, capable de stabiliser automatiquement et passivement la longueur d’onde d’émission de chacun des émetteurs du système. / Initially led by the residential market, today’s optical access network evolutions are stimulated by mobile network expansion. As shown in the first chapter of this document, dense wavelength division multiplexing is one of the favorite solutions in order to increase optical access networks throughput. In this thesis, we propose a study of dense wavelength division multiplexing introduction according to three main topics :• Service providers and equipment suppliers have decided that the next step in residential market evolution will consist in a hybridization between, on one hand, a legacy time division multiplexing, and on the other hand, a dense wavelength division multiplexing. Named NG-PON2, this technology allows today 40Gb/s to 80Gb/s thanks to 4 to 8 channel pairs. Wavelength stability of the upstream emitter under burst mode operation, and related solutions, are studied in the second chapter.• Market importance (for both residential market and mobile networks) requires the different technologies generations to coexist on the same infrastructure. Due to the high optical power and the wavelength spans allocated to each technology, this coexistence can lead to technologies interactions by stimulated Raman scattering, as described in the third chapter.• Finally, the fourth part of this document describes the limits and potentialities of the self-seeded emitter technology for O-band dense wavelength division multiplexing, able to automatically and passively self-stabilize the wavelength of each emitter.