TP6 multiplexage en longueur d onde S4 - Module M4209C / PC2

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1 RESEAUX & TELECOMMUNICATIONS TP6 multiplexage en longueur d onde S4 - Module M4209C / PC2 RT2A Le but de ce TP est d introduire les propriétés du WDM. Avant les années 90, les systèmes de transmission sur fibre optique ne reposaient que sur le multiplexage temporel pour la transmission de 155 Mb/s, 622 Mb/s, 2.5 Gb/s, 10 Gb/s et 40 Gb/s sur une seule longueur d onde optique. La technologie WDM est née de l idée d injecter simultanément dans la même fibre optique plusieurs signaux numériques à la même vitesse de modulation mais chacun à une longueur d onde optique distincte. Ainsi, si à l émission on multiplexe N canaux (ou N longueurs d onde optique) au débit nominal D, à la réception après démultiplexage on obtiendra le signal global N D en N canaux nominaux. La norme ITU (Interfaces optiques pour systèmes multi-canaux avec amplificateurs optiques) a défini un peigne de longueurs d onde autorisées dans la seule fenêtre de transmission nm. Elle normalise l espacement en nanomètre (nm) ou en GigaHertz (GHz) entre deux longueurs d ondes permises de la fenêtre : 200 GHz (1.6 nm) ou 100 GHz (0.8 nm). La technologie WDM est dite dense (DWDM) lorsque l espacement utilisé est égal ou inférieur à 100 GHz. Des systèmes à 50 GHz (0.4 nm) et à 25 GHz (0.2 nm) ont déjà été testés et permettront d obtenir des centaines de longueurs d onde, on parlera alors de U-DWDM : Ultra-Dense Wavelength Division Multiplexing. Les systèmes aujourd hui commercialisés comportent 4, 8, 16, 32, 80 voir 160 canaux optiques ce qui permet d atteindre des capacités de 10, 20, 40, 80, 200 voir 400 Gb/s en prenant un débit nominal de 2.5 Gb/s et de quatre fois plus avec un débit nominal de 10 Gb/s. Ainsi on obtient 3200 Gb/s (3.2 Tb/s) avec 80 canaux optiques à 40 Gb/s. Dans la figure ci-dessous est présenté les éléments de base utilisés pour une transmission sur fibre optique en utilisant la technologie WDM. On a différents émetteurs avec leur longueur d onde respective L 1, L 2, un multiplexeur, un démultiplexeur, une fibre, deux amplificateurs optiques à fibres dopés Erbium (EDFA) et les récepteurs associés à chaque longueur d onde. Le composant clé du WDM / DWDM est l amplificateur à fibre dopée Erbium (EDFA) qui permet de compenser les pertes d insertion dues aux multiplexage / démultiplexage des longueurs d onde et aux pertes de propagation de la fibre optique. EDFA est un amplificateur tout optique qui permet d amplifier sur un seul passage toutes les longueurs optiques de la bande ITU. Dans le cadre de ce TP, vous utiliserez un EDWA (Erbuim Doped Waveguide Amplifier) au lieu d un EDFA. IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

2 Dans la figure ci-dessus vous avez les éléments principaux utilisés dans un amplificateur optique. Io est le signal à amplifier avec une longueur d onde optique se trouvant dans la bande ITU. Ip est l équivalent de l alimentation en électronique. C est un signal optique continu à la longueur d onde de 980 nm. Le coupleur d entrée a pour rôle de mettre dans une seule fibre le signal Io et le signal Ip. La fibre monomode dopé à l Erbuim permet de transférer l énergie transportée par le signal de pompe vers le signal modulé Io. Le coupleur de sortie a pour rôle de séparer le reste de signal de pompe du signal amplifié Io. Comme en électronique, l amplification génère toujours du bruit qui vient s ajouter au signal amplifié Io. 1 Préparation Pour répondre aux différentes questions, utiliser les documents en annexe. 1.1 Contrôleur de température des diodes lasers : Des contrôleurs de température (TEC) permettent de fixer la température de la diode laser. Ceci permet d éviter une modification de la longueur d onde optique d émission du laser qui dépend de la température. L utilisateur doit pour cela régler la valeur d une résistance liée à la température de la diode laser. Trouver, à partir des caractéristiques données en annexe, les températures correspondantes aux résistances suivantes (suivre la courbe 10 kω) : 11 kω, 12 kω et 13 kω. 1.2 Caractéristique des diodes lasers dans la bande µm : A partir des caractéristiques de la diode laser données en annexe, relever le courant de seuil (début de l effet laser) et ainsi que la puissance optique en mw obtenue pour un courant de 25mA. 1.3 Module 1 : Si on rentre un signal à la longueur d onde de 1548 nm, sur quel canal d'entrée doit-on l'appliquer? 1.4 Module 3 : On branche à l entrée A une fibre transmettant deux signaux multiplexés aux longueurs respectives : λ 1 = nm et λ 2 = nm, quelles sorties P ou R choisir pour récupérer chacun de ces 2 signaux? 2 Mesures Les composants optoélectroniques sont fragiles et chers. On en prendra le plus grand soin. En particulier on ne forcera pas sur les connecteurs et on replacera toujours les capuchons protecteurs sur les embouts des fibres ou des connecteurs non utilisées. La puissance des lasers utilisés est importante et comme les longueurs d onde sont toutes dans le proche infrarouge, elles ne sont pas visibles à l œil nu. Dans ce cas, il est impératif que tous les étudiants se trouvant dans la salle de TP portent tous des lunettes de protection du début jusqu à la fin du TP. IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

3 MATERIEL 3 TEC CONTROLEURS DE TEMPERATURE PAR EFFET PELTIER LDT-5412 (ILX Lightwave) 3 contrôleurs de courant (ILX Lightwave): - 2 LDX LDX Diodes Laser DFB Télécom émettant dans la bande ITU (Alcatel) : - Signal 1 : λ = µm - Signal 2 : λ = µm 1 Diode Laser de Pompe (JDS Uniphase): λ = 0.98 µm 1 Détecteur optique multi-longueurs d onde OPM 5 (NOYES) 1 Analyseur de Spectre Optique OSA MS9710B (ANRITSU) Modules 1, 2 et 3 (JDS Uniphase) Module 4 : 1 ampli EDFA 2 Atténuateurs avec leur tournevis 1 isolateur Fibres jaunes avec embouts noirs monomode à λ = 1.55 µm connectorisées FC/PC Fibres jaune avec embout jaune ou fibres noires monomode à la fois à λ = 1.55 µm et λ = 0.98 µm connectorisées FC/PC 2.1 Etude des sources lasers Les sources lasers sont toutes pilotées par des contrôleurs de courant et des contrôleurs en température. Chaque Diode Laser est reliée à une fibre qu il ne faut pas enlever, même remarque pour l analyseur de spectre optique. Dans cette première partie vous allez tout d abord tracer les abaques qui vont permettront de relier la puissance optique des sources lasers en sortie de fibre à la valeur du courant pour une température donnée Analyse de la puissance de la diode Laser Signal 1 (S 1 ): 1) Mettre vos lunettes si ce n est pas encore fait. 2) Allumer d abord le contrôleur de la température. En choisissant Set R, fixer la résistance à 11 kω. 3) Rendre actif le contrôle de la température en appuyant sur la sortie output. Vérifier la valeur asservie de la résistance en se mettant sur Actual R. 4) Allumer la source de courant de S 1. 5) Brancher la fibre de sortie au détecteur optique OPM5 (Choisir la bonne longueur d onde). 6) Appuyer sur le bouton output pour émettre de la lumière dans la fibre. En variant le bouton en haut à droite, vous pouvez alors varier la valeur du courant d alimentation. 7) Donner le tableau de mesures et tracer la courbe avec Excel de la puissance en mw en fonction du courant en ma de 0 ma à 50 ma (Choisir CONST I). Attention le détecteur optique peut mesurer plusieurs longueurs d onde. Penser alors à choisir le bon filtre en longueur d onde en appuyant sur la touche λ. 8) A la fin de la mesure, appuyer de nouveau sur output pour arrêter l émission de lumière Analyse du spectre de la diode Laser Signal 1 (S 1 ) 1) Brancher la fibre sur l analyseur de spectre optique (en utilisant un raccord). 2) Fixer le courant d alimentation à 30 ma. Activer l émission Laser. 3) Régler la mesure en appuyant sur les touches suivantes : Menu wavelength CENTER =1550 nm, SPAN=200 nm, Menu F3 VBW=1 khz, RES=1 nm et Menu F2 LEVEL SCALE=10 db/div 4) Activer la mesure en appuyant sur Menu Sweep REPEAT 5) En appuyant sur Menu F5 ANALYSIS puis SPECTRUM POWER vous accéder à la valeur de la puissance émise et à la longueur d onde d émission du Laser. Relever sa puissance et sa la longueur d onde. Pour avoir une mesure plus précise, utiliser le menu Peak CENTER pour placer le signal de la source au centre de l écran, diminuer en ensuite la résolution à 0.1nm et le span à 20nm. IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

4 6) Relever la courbe obtenue à l aide du programme «Démarrer / Programme / Anritsu» (ou sur l Intranet / Aides techniques / Copie d écran / Anritsu). - Sélectionner GPIB: 8 dans la fenêtre notée I/O - Lancer la copie par Exécution / Exécuter ou par l icône - Copier (Impr Ecran), coller dans le Paint pour inverser les couleurs (il ne faut pas imprimer le fond noir) - Copier dans votre compte-rendu 7) Avec le menu marker select, placer deux marqueurs pour mesurer l amplitude du pic maximum et du deuxième pic avec l amplitude la plus proche. Mesurer en db, la différence des valeurs d amplitude en db des deux pics. Cette valeur détermine le taux d isolation minimum de la source laser avec les autres longueurs d ondes qui caractérisent la cavité résonante Analyse spectrale de la diode Laser Signal 2 (S 2 ) 8) Désactiver l émission laser de S 1. 9) Allumer le contrôleur de la température. En choisissant Set R, fixer la résistance à 11 kω. 10) Rendre actif le contrôle de la température en appuyant sur la sortie output. Vérifier la valeur asservie de la résistance en se mettant sur Actual R. 11) Brancher la sortie fibrée à l analyseur de spectre. 12) Allumer la source de courant de S 2. 13) Fixer le courant d alimentation à 30 ma. Activer l émission Laser. 14) Accéder aux valeurs intéressantes de cette source en appuyant sur Menu F5 ANALYSIS puis SPECTRUM POWER. Relever sa puissance et sa longueur d onde. 15) Relever la courbe obtenue. 2.2 Etude des modules passifs Pour toutes les manipulations suivantes, vous devez désactiver l émission laser avec le bouton output lorsque vous faites des modifications sur le montage. N oubliez pas de mettre des capuchons sur les entrées ou sorties non utilisées. Le courant d alimentation de toutes les diodes sera fixé à 30 ma et R à 11 kω. Les modules 1, 2 et 3 sont des composants linéaires MODULE 1 : Brancher la fibre de sortie de S 2 sur l entrée 1. Puis relier la sortie C au détecteur OPM5 avec une fibre. 1) Mesurer la puissance en sortie et calculer en db les pertes d insertion α 11. 2) Refaire la même mesure (α 12, α 13 et α 14 ) en branchant la source sur les entrées 2, 3 et 4. 3) Refaire les mêmes mesures en branchant cette fois-ci la fibre de sortie S 1 sur les différentes entrées précédentes. 4) Retrouve-t on les résultats donnés en annexe sur le module 1? 5) Relier la sortie MUX à l analyseur de spectre en branchant S 2 sur l entrée 2. Relever la courbe obtenue. Mesurer la bande passante du canal. 6) Brancher en plus la fibre de sortie S 1 sur l entrée 3 et activer la source. Relever le spectre obtenu. 7) Quel est alors le rôle de ce module? MODULE 2: Brancher la sortie MUX sur l entrée DEMUX.. 1) Relever le spectre à chaque sortie du module 2. 2) Quel est alors le rôle de ce module? 3) Sur quelles sorties récupère t on les signaux S 1 et S 2. IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

5 2.3 Amplification optique (MODULE 4) : Retirer le module 2 et faire le montage de la figure suivante en choisissant le bon type de fibres et en mettant derrière le module 1 le boîtier isolateur (faire attention au sens de la flèche) puis le boîtier atténuateur Réglage de l atténuateur : Activer seulement le signal S 1 avec un courant de 30mA. En utilisant le tournevis (augmentation de l atténuation dans le sens horaire), régler la puissance en sortie de l atténuateur à -30 dbm (Faire la mesure sur l analyseur de spectre avec un curseur). Relever le signal. Désactiver la source S 1 et brancher la sortie de l atténuateur sur l entrée S du multiplexeur pompe-signal Laser de pompe : Activer seulement la pompe qui sera injectée dans l amplificateur. Relier la sortie de l amplificateur à l analyseur de spectre. 1) Fixer le courant de la pompe à 100 ma. En gardant toujours le même SPAN=200 nm, sans activer la source S 1, relever le spectre. Qu observe-t on dans la bande nm? Quel est le type d émission observé? Amplification : 2) Activer maintenant la source S 1. Relever le spectre pour un courant de pompe de 100 ma. 3) Donner le tableau de mesures et tracer l évolution en db du rapport de la puissance S 1 en sortie de l amplificateur optique et de la puissance S 1 à la sortie du multiplexeur en fonction du courant de pompe entre 0 ma et 130 ma. A partir de quelle valeur du courant obtient-on un gain de 0 db. Quelle est l amplification maximum atteinte avec ce type de module. 4) Désactiver les sources. 5) Multiplexer les deux sources et brancher la sortie du multiplexeur à l entrée de l isolateur, la suite du montage restant inchangée. 6) Activer les 3 sources en réglant la source S 2 à un courant de 40mA et la pompe à un courant de 100mA. Relever le spectre et vérifier si on est capable d amplifier les deux sources en même temps. IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

6 2.4 Etude des modules passifs (suite) MODULE 3 : Maintenant brancher la sortie du module 1 sur l entrée A du module 3. 1) Relier avec une fibre la sortie P à l analyseur de spectre optique. Relever la courbe obtenue. Mesurer l amplitude en dbm du signal à la longueur d onde correspondante au signal S 1 puis à celle correspondante à S 2 (même si le signal semble inexistant). 2) Relier ensuite, avec une fibre, la sortie R à l analyseur de spectre optique. Relever la courbe obtenue. Mesurer l amplitude en dbm du signal en R à la longueur d onde correspondante au signal S 1 puis à celle correspondante à S 2 3) Mesurer l isolation de chaque source (P P (en mw) / P R (en mw) en db pour S 1 et P R (en mw) / P P (en mw) en db pour S 2 ). 3 Annexe : 3.1 Module 1 Longueur d onde centrale Bande-passante Pertes d insertion Isolation 1511, 1531, 1551 et 1571 nm 13 nm 2 db 30 db Canal Marqueur Longueur d onde Ch ± 6,5 nm Ch ± 6,5 nm Ch ± 6,5 nm Ch ± 6,5 nm 3.2 Module 3 Gabarit et fonction de filtrage du module 3 : Sortie P Sortie R IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

7 3.3 Relation entre R et la température T (Courbe plus épaisse en rouge 10K) 3.4 Caractéristiques d une diode laser: IUT de Grenoble - RT Tpwdm14.doc /07/14

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