Th.--Paris--ENST, 1989. / Bibliogr. p. 173-182.

La saturation annoncée du débit maximal d'information véhiculable par des fibres optiques monomodes rend nécessaire l'étude de nouvelles technologies susceptibles de répondre aux besoins toujours croissants des utilisateurs. La technologie de multiplexage spatial semble très prometteuse et nécessite d'adapter/développer l'ensemble des briques élémentaires qui constitueraient la nouvelle ligne de transmission. Le but de cette thèse est d'approfondir les travaux initiés sur cette thématique en associant théorie et expérience de façon à réaliser des répéteurs optiques adaptés au cas du multiplexage modal dans des fibres légèrement multimodes. La principale contrainte qui s'applique à ce type d'amplificateurs est de réaliser l'égalisation simultanée des gains sur les différents canaux de transmission. Des outils numériques de modélisation et d'optimisation de ces amplificateurs ont été développés pour explorer de nombreuses configurations et identifier celles qui sont optimales. Un modèle numérique tenant compte du battement de modes et du couplage entre modes induit par le milieu amplificateur a été développé. Une nouvelle configuration de fibre à cœur micro-structuré permettant de dépasser les limitations liées aux méthodes conventionnelles de fabrication de fibres a été étudiée. Ce type de fibre permet d'obtenir un gain élevé et égalisé sur l'ensemble des canaux et favorise l'efficacité énergétique du composant. Un autre volet de ce travail de thèse a consisté à étudier la possibilité d'intégrer les amplificateurs légèrement multimodes au sein du réseau monomode actuel de façon à partager la fonction d'amplification à un coût avantageux en terme d'énergie et de composants. / The capacity crunch announced for single mode long-haul telecommunication networks necessitates the study of new technologies able to meet the ever-growing needs of users. The technology of space division multiplexing seems promising and necessits to adapt/to develop all the fiber components that make up an optical fiber network to a high level of performance for future implementation of an optical cable based on SDM technology. The purpose of this thesis consists in pursuing the works introduced on this topic by associating theory and experiments so as to realize optical repeaters adapted to mode division multiplexing in few-mode fibers. The main constraint for this kind of amplifiers is to realize the simultaneous gain equalization of the different telecommunications channels: spatial modes and wavelengths. Numerical tools have been developed to model and optimize these amplifiers so as to explore numerous configurations and identify the most appropriates. Particularly, a numerical model taking into account mode beating and mode coupling induced by the amplifying medium has been developped. Within the framework of this study, a new fibre configuration with micro-structured core allowing to overcome the limitations of the conventional fabrication methods has been studied. This fiber configuration is very predictive and can provide high and equalized gain over the different channels while optimizing the energy efficiency of the component. Another dimension of this thesis has been to study the possibility to integrate few-mode fiber amplifiers in the current single mode network, in order to share the amplification function and so realize cost savings.

Les fibres optiques légèrement multimodes (FMF) sont une classe de fibres optiques multimodes. Dans le domaine de la télécommunication, chaque mode d’une FMF peut être utilisé comme un canal indépendant de transmission, ainsi, des débits bien supérieurs aux fibres optiques conventionnelles pourrait être atteint. Cependant, l'un des problèmes à l'utilisation de ce type de fibre est le couplage de mode et la dispersion de mode qui dégradent les performances de transmission. Cette thèse entre dans le cadre de l’étude du couplage de mode de différents profils de fibre. Ce travail se décompose en deux axes : i) la modélisation du couplage de mode qui est effectué en considérant la fibre comme une concaténation de plusieurs segments courbés, dont chaque segment est associé à un rayon de courbure aléatoire. ii) La mesure du couplage localisée qui est basé sur la méthode expérimentale A-S2. A l’aide de ce modèle et de ces mesures, nous pouvons confirmer l’absence ou la présence de couplage d’une fibre exposée à des micro-courbures ou à une perturbation aléatoire. / Few multimode fiber (FMF) is a class of multimode fiber. Each mode of a FMF is considered as an independent transmission channel in telecommunication field. Thus, much higher rates than conventional optical fibers could be achieved. However, this fiber can present the mode coupling and mode dispersion that can degrade the transmission performance. The mode coupling over different fiber profiles is studied in this thesis. This work is divided into two parts: i) the modeling of the mode coupling considering the fiber as a concatenation of several curved segments, and each piece is associated with a random bending radius R. ii) The measurement of localized coupling which is based on the experimental method A-S2. Using this model and these measurements, we can demonstrate the absence or the presence of coupling of a fiber exposed to micro-curvatures or a random perturbation.

Reproduction de : Thèse doctorat : Sciences et technologies de l'Information et de la Communication : Cergy-Pontoise : 2008230. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.119-122. Index.

Thèse doctorat : Images et Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 164-173.

Titre de l'écran-titre (visionné le 19 juin 2023) / Le multiplexage par répartition spatiale (SDM) est une technique prometteuse pour augmenter la capacité des systèmes. Elle offre un degré de liberté supplémentaire pour le multiplexage parallèle au temps, à la fréquence, à la polarisation et à la quadrature. La capacité réalisable du système est proportionnelle au nombre de canaux spatiaux. Le multiplexage modal dans une fibre à quelques modes (FMF) offre une densité d'information élevée pour le SDM et peut être combiné avec des fibres multicœurs pour augmenter encore plus la capacité de données. Les modes à moment orbital angulaire (OAM) ont l'avantage de supprimer les interactions entre les modes pendant la transmission par fibre, et conviennent donc pour les systèmes SDM afin de démontrer une capacité très élevée. L'utilisation de configurations en espace libre pour multiplexer les modes OAM exige une grande précision d'alignement et une faible perturbation. Le coût et l'espace nécessaires pour de tels montages augmentent linéairement avec le nombre de modes pris en charge. La plateforme de silicium sur isolant (SOI) offre la compacité, la robustesse et la compatibilité CMOS pour construire un multiplexeur OAM. Dans cette thèse, nous proposons et caractérisons un multiplexeur OAM basé sur un réseau optique à commande de phase sur la plateforme SOI. Nous démontrons le premier multiplexeur intégré qui génère directement des faisceaux OAM polarisés circulairement avec des composants sur puce, brisant le goulot d'étranglement de l'incompatibilité de polarisation dans le couplage puce-fibre OAM. Nous incorporons une capacité de réglage de l'intensité qui améliore considérablement la qualité de l'OAM en permettant une distribution uniforme de la puissance sur les antennes. Nous augmentons de 50% le nombre de modes pris en charge par rapport à l'état de l'art précédent et réduisons de 3dB le record de diaphonie dans le pire des cas. Notre dispositif fournit une solution évolutive pour la génération et le multiplexage OAM dans les systèmes SDM à ultra-haute capacité. Dans le premier chapitre, nous expliquons le principe de fonctionnement de notre circuit à réseau de phase. Nous fournissons des informations détaillées sur nos modèles de simulation pour nos sous-ensembles de composants intégrés et présentons notre méthodologie de calibration du circuit. Le deuxième chapitre présente un modèle de simulation général pour un générateur OAM basé sur un réseau de phase. Le modèle consiste en une méthode de matrice de transfert basée sur le calcul du champ électrique sur puce et la simulation de l'évolution du faisceau se propageant en espace libre. Nous donnons un exemple de la manière de procéder à l'optimisation des paramètres pour les lieus de transmission ciblés. Dans le troisième chapitre, nous démontrons expérimentalement, pour la première fois, un multiplexeur OAM qui génère et multiplexe directement des faisceau de type vortex polarisés circulairement sur SOI. Le dispositif comporte 17 antennes et supporte 14 canaux OAM, 7 dans chaque polarisation circulaire. Les pertes de la puce sont de 25dB, la diaphonie dans le pire des cas sont de -6dB et la bande passante est de 17 nm. Dans le quatrième chapitre, nous étudions, pour la première fois, l'impact de la non-uniformité de l'intensité entre les antennes et nous atténuons cette non-uniformité à l'aide de notre circuit d'accord de l'intensité. Nous démontrons 46 canaux OAM et réduisons avec succès la diaphonie dans le pire des cas à -17,2dB (modes les plus supportés et diaphonie la plus faible en tant que MUX OAM intégré). Les pertes du dispositif sont de 12dB, et la largeur de bande est d'environ 20 nm. / Space division multiplexing (SDM) is a promising technique for increasing the system capacity. It provides an extra degree of freedom for multiplexing parallel to the time, frequency, polarization, and quadrature. The achievable capacity of the system is proportional to the number of spatial channels. Modal multiplexing in a few-mode fiber (FMF) offers a high information density for SDM and can be combined with multicore fibers to increase data capacity further. The orbital angular momentum (OAM) modes have an advantage in suppressing mode interactions during fiber transmission, thus are suitable to be transmitted in SDM systems to demonstrate ultra-high capacity. Using free-space setups to multiplex OAM modes require high alignment precision and low perturbation. The cost and space needed for such setups scale linearly with the number of supported modes. Silicon-on-insulator (SOI) platform provides the compactness, robustness, and CMOS compatibility to build an OAM multiplexer. In this thesis, we propose and characterize an optical phased array-based OAM multiplexer on the SOI platform. We demonstrate the first integrated multiplexer that directly generates circularly polarized OAM beams with on-chip components, breaking the bottleneck on polarization incompatibility in chip-to-OAM fiber coupling. We incorporate an intensity tuning capability that substantially improves the OAM quality by enabling a uniform power distribution across the antennas. We increase the number of supported modes from previous state-of-the-art by 50% and reduce the worst-case crosstalk record by 3dB. Our device provides a scalable OAM generation and multiplexing solution in ultra-high-capacity SDM systems. In the first chapter, we explain the design principle of our phased array circuit. We provide detailed information about our simulation models for our integrated building blocks and present our calibration methodology of the circuit. The second chapter demonstrates a general simulation model for a phased array-based OAM generator. The model consists of a transfer matrix method based on on-chip electrical field calculation and the simulation of free-space propagation beam evolution. We give an example of how to conduct parameter optimization for target transmission links. In the third chapter, we experimentally demonstrate, for the first time, an OAM multiplexer that directly generates and multiplexes circularly polarized vortex on SOI. The device has 17 antennas and supports 14 OAM channels, 7 in each circular polarization. The loss of the chip is 25dB, the worst-case crosstalk is -6dB, and the band width is 17 nm. In the fourth chapter, we investigate, for the first time, the impact of intensity non-uniformity among antennas, and we mitigate the non-uniformity using our tuning circuit. We demonstrate 46 OAM channels and successfully reduce the worst-case crosstalk to -17.2dB (most supported modes and lowest crosstalk as integrated OAM MUX). The loss of the device is 12dB, and the band width is around 20 nm.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 octobre 2023) / Les faisceaux de lumière issus des modes du moment cinétique d'orbite (OAM) sont caractérisés par un front de phase hélicoïdal. On peut les utiliser pour faire du multiplexage de modes (MDM), c'est-à-dire combiner des signaux indépendants d'ordres différents en un seul signal composite destiné à être transmis sur une voie commune, typiquement une fibre à coeur en anneau (RCF). L'intérêt est d'augmenter la capacité des réseaux de communication tout en diminuant la complexité des systèmes de traitement de signaux (DSP), et par le fait même, les coûts monétaires et énergétiques qui leur sont associés. On vise à donc maximiser le nombre de modes OAM efficacement multiplexés dans une RCF. Ce mémoire aborde cette problématique en faisant l'étude du couplage des modes OAM du côté du transmetteur. On pose d'abord le cadre théorique des modes OAM de la lumière. On expose ensuite les éléments de base du système à l'étude : la génération des modes OAM par q-plate, les caractéristiques de design de la RCF, et le multiplexage en espace libre. On propose une configuration de multiplexeur à 16 modes OAM en espace libre. Une fois le contexte de la problématique présenté, on s'intéresse à la compréhension du comportement de propagation des faisceaux OAM en espace libre. On en fait la caractérisation expérimentale pour quatre grandeurs d'ordre OAM. On présente aussi trois méthodes de modélisation de ce comportement et on compare les résultats obtenus avec les mesures en laboratoire. À l'issue de l'analyse comparative, on choisit la méthode qui nous apparaît la mieux adaptée à la problématique. Les faisceaux OAM générés par q-plates possèdent naturellement une divergence. Leur taille et leur divergence dépendent de la grandeur d'ordre du mode OAM. En se basant sur les simulations des faisceaux OAM ainsi que sur des concepts théoriques de propagation des faisceaux gaussiens, on propose un système optique permettant de manipuler la taille et la divergence des faisceaux OAM en espace libre. On vérifie le design par des mesures expérimentales. Finalement, les performances du système optique proposé sont démontrées en optimisant et en mesurant l'efficacité de couplage de quatre modes OAM de grandeur d'ordre différente à l'intérieur de la même RCF.

Thèse de doctorat--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 2005. / Bibliogr. p. 177-189. Glossaire. Index. Résumé en français et en anglais.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [114]-122. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Th. doct.--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 1994. / Textes en français et en anglais. Notes bibliogr.