Semiconductor Optical Amplifier for Next Generation of High Data Rate Optical Packet-Switched Networks

This chapter provides an overview of considerations for the development of semiconductor optical amplifiers (SOA) for the next generations of packet-switched optical networks. SOA devices are suitable candidates in order to realize high-performance optical gates due to their high extinction ratio and fast switching time. However such devices also introduce linear and nonlinear noise. The impact of SOA devices on several modulation formats via theoretical model, numerical simulation, and experimental validation is studied. Impairments introduced by SOAs are considered in order to derive some general network design rules

Hybrid III-V on silicon lasers for photonic integrated circuits on silicon

This paper summarizes recent advances of integrated hybrid InP/SOI lasers and transmitters based on wafer bonding. At first the integration process of III-V materials on silicon is described. Then the paper reports on the results of single wavelength distributed Bragg reflector lasers with Bragg gratings etched on silicon waveguides. We then demonstrate that, thanks to the high-quality silicon bend waveguides, hybrid III-V/Si lasers with two integrated intra-cavity ring resonators can achieve a wide thermal tuning range, exceeding the C band, with a side mode suppression ratio higher than 40 dB. Moreover, a compact array waveguide grating on silicon is integrated with a hybrid III-V/Si gain section, creating a wavelength-selectable laser source with 5 wavelength channels spaced by 400 GHz. We further demonstrate an integrated transmitter with combined silicon modulators and tunable hybrid III-V/Si lasers. The integrated transmitter exhibits 9 nm wavelength tunability by heating an intra-cavity ring resonator, high extinction ratio from 6 to 10 dB, and excellent bit-error-rate performance at 10 Gb/s

Conception, fabrication, et évaluation de modulateurs déportés pour les réseaux d'accès et radio sur fibre

Fibre-to-the premises (FTTP) is considered as the main solution in order to satisfy the demand for higher capacity networks. For next-generation access networks, upgradeability and high capacity could be obtained using Wavelength-Division Multiplexing in PON (WDM-PON). However, cost and compatibility with existing TDM-PON networks is still an important issue. If wavelengths are to be dynamically allocated, one to each RAU, colorless devices are needed in order to minimize the deployment cost. Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) devices can be used as a low-cost solution due to their wide optical bandwidth. In this study, RSOAs are optimized for WDM PON and R-o-F access technology. The design, fabrication and system evaluation are presented. This study oscillates between a theoretical approach, a modeling of the physical mechanisms as well as experimental measurements. 2-section RSOAs are also investigated. Finally, the envisaged architectures of access and RoF networks based on optimized RSOA are evaluated.L'évolution des outils télécommunicationnels répond à une révolution des usages. Les réseaux d'accès et de type radio-sur-fibre doivent répondre à cette demande de l'utilisateur final et le déploiement massif de la fibre optique confirme cette évolution. Dans cette perspective, l'utilisation du multiplexage en longueur d'onde (largement utilisé dans les réseaux cœurs) est maintenant considérée dans le cas d'une augmentation du débit chez l'utilisateur. Néanmoins de nouvelles problématiques, propres à ces réseaux, émergent, telles que le coût pour l'abonné. De nouveaux composants indépendants de la longueur d'onde sont donc nécessaires pour réduire les coûts de déploiement tout en apportant flexibilité et facilité de gestion de ce type de réseaux. Les modulateurs déportés (ou RSOA) sont une solution répondant à ces exigences mais ils doivent se plier à celles, nouvelles, des réseaux d'accès et des réseaux radio-sur-fibre. Cette thèse propose une étude détaillée des propriétés physiques de ces composants ainsi que de ces applications en tant qu'émetteur indépendant de la longueur d'onde dans plusieurs configurations réseaux. Les notions fondamentales nécessaires à la compréhension de ces travaux seront abordées ainsi que la conception et la fabrication de ces composants en salle blanche. Une analyse des performances statiques et dynamiques des composants en fonction de certains paramètres clefs tels que le confinement optique, la longueur de la zone active et la réflectivité des facettes est détaillée. La théorie, une modélisation et des mesures expérimentales seront utilisées pour la création de composants optimisés ayant des performances conformes à l'état de l'art. De nouvelles configurations de RSOA à deux électrodes seront proposées pour diverses utilisations originales de ces composants. Finalement, une étude système viendra compléter notre analyse pour des applications concernant les réseaux d'accès et les réseaux de type radio-sur-fibre

Conception, fabrication et évaluation de modulateurs déportés pour les réseaux d'accès et radio sur fibre

L évolution des outils télécommunicationnels répond à une révolution des usages. Les réseaux d accès et de type radio-sur-fibre doivent répondre à cette demande de l utilisateur final. Dans cette perspective, l utilisation du multiplexage en longueur d onde est maintenant considérée dans le cas d une augmentation du débit chez l utilisateur. De nouveaux composants indépendants de la longueur d onde sont donc nécessaires pour réduire les coûts de déploiement tout en apportant flexibilité et facilité de gestion de ce type de réseaux. Les modulateurs déportés (ou RSOA) sont une solution répondant à ces exigences mais ils doivent se plier à celles, nouvelles, des réseaux d accès et des réseaux radio-sur-fibre. Cette thèse propose une étude détaillée des propriétés physiques de ces composants ainsi que de ces applications en tant qu émetteur indépendant de la longueur d onde dans plusieurs configurations réseaux. Les notions fondamentales nécessaires à la compréhension de ces travaux seront abordées ainsi que la conception et la fabrication de ces composants en salle blanche. Une analyse des performances statiques et dynamiques des composants en fonction de certains paramètres clefs tels que le confinement optique, la longueur de la zone active et la réflectivité des facettes est détaillée. La théorie, une modélisation et des mesures expérimentales seront utilisées pour la création de composants optimisés ayant des performances conformes à l état de l art. De nouvelles configurations de RSOA à deux électrodes seront proposées pour diverses utilisations original de ces composants. Finalement, une étude système viendra compléter notre analyse.Fibre-to-the premises (FTTP) is considered as the main solution in order to satisfy the demand for higher capacity networks. For next-generation access networks, upgradeability and high capacity could be obtained using Wavelength-Division Multiplexing in PON (WDM-PON). However, cost and compatibility with existing TDM-PON networks is still an important issue. If wavelengths are to be dynamically allocated, one to each RAU, colorless devices are needed in order to minimize the deployment cost. Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) devices can be used as a low-cost solution due to their wide optical bandwidth. In this study, RSOAs are optimized for WDM PON and R-o-F access technology. The design, fabrication and system evaluation are presented. This study oscillates between a theoretical approach, a modeling of the physical mechanisms as well as experimental measurements. 2-section RSOAs are also investigated. Finally, the envisaged architectures of access and RoF networks based on optimized RSOA are evaluated.PARIS-Télécom ParisTech (751132302) / SudocSudocFranceF

High Power, Low RIN, 1.55μm DFB Laser for Analog Applications

In this paper we present a directly modulated laser (DML) designed for high dynamic range analog link [1]. These devices are of great interest for local oscillator distribution or receiver signal remoting. Use of direct modulation is simpler and less expensive than external modulation. To get high power and high efficiency we focused in a first time on the reduction of internal losses in the cavity by decreasing the optical confinement in p-doped indium phosphide (InP). The main constraint was to maintain a sufficient overlap between the optical field and the quantum wells to have a low relative intensity noise (RIN) and a large modulation bandwidth. A compromise has been done on the optical confinement to get in the same time good static performances (power and efficiency) and dynamic performances (RIN and bandwidth). In a second step we tried to reduce the beam divergence and, above all, the ellipticity of the mode. Wafers were processed in dual channel shallow ridge DFB. 1mm long cavities were cleaved and facets were anti-reflective (AR)/ highly reflective (HR) coated. Lasers are mounted p-up on AlN submounts integrating coplanar lines for both DC and RF characterization. Maximum power was 135 mW at 600 mA bias current. The efficiency defined as (Power/(Current-Threshold current)) was up to 0.3 W/A at a bias current as high as 500 mA. RIN measurement has showed a RIN level below -155 dB/Hz on the 40 MHz to 20 GHz range at 450 mA bias current. The modulation bandwidth is up to 6.5 GHz. The side mode suppression ratio (SMSR) exceeds 55dBm. Due to the use of shallow ridge structure linearity of P-I and injection current is very good but the divergence of the beam FHWM of 14°x31°. Future improvements will focus on the reduction of the divergence and the ellipticity of the beam, necessary for a better coupling into an optical fibre

FSK plus ASK/ASK operation for optical 20/10 gbps access networks with simple reflective user terminals

Doubling of the downstream rate by reusing the reflective upstream modulator is demonstrated. With just two photo-detectors, a RSOA and a power splitter at the ONU, a 20/10 Gbps mode can be provided per wavelength.Peer ReviewedPostprint (published version

FSK plus ASK/ASK operation for optical 20/10 gbps access networks with simple reflective user terminals

Doubling of the downstream rate by reusing the reflective upstream modulator is demonstrated. With just two photo-detectors, a RSOA and a power splitter at the ONU, a 20/10 Gbps mode can be provided per wavelength.Peer Reviewe

Pitfalls of error estimation from measured non-Gaussian nonlinear noise statistics over dispersion-unmanaged systems (Orale)

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