Optimisation de composants complexes de type MOEMS pour communications optiques haut débit et courte distance
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
High-speed Optoelectronic Modules using Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL) coupled to Multi Mode Fibers (MMF) are a performing and low cost solution for 10 Gigabit Ethernet (10GbE) in short distance optical links. A complete model of the spatiotemporal behavior of multimode vertical-cavity surface-emitting-lasers (VCSEL), through static and dynamic response, noise, thermal effects and its coupling to multi mode fibers (MMF) has been investigated and compared to measurements in low cost 10GbE prototype optoelectronic packages using GaAs VCSEL arrays coupled to MMF ribbons for links up to 300 m. VCSEL thermal effects are investigated and included in the model. The multimode VCSEL radiation pattern injected in the MMF fiber is monitored through the fiber propagation using the ray tracing method. Relative Intensity Noise (RIN) shows modal dependence and can be affected by spatial filtering due to coupling and fiber propagation. The influence on jitter and system bandwidth due to fiber intermodal dispersion, VCSEL characteristics, operating temperatures and modulation formats is also estimated. Simulations compared to measurements allow the analysis of critical parameters, such as modulation formats, operating temperature and launching conditions in order to maximize the MMF bandwidth and optimize eye diagrams up to 10 Gb/s. A new BER estimation method is proposed by taking into account not only the Q factor but random and deterministic jitter and digital pattern effects.
Abstract FR:
Les modules optoélectroniques haut débit composés de lasers à cavité verticale à émission par la surface (VCSEL) couplés à des fibres optiques multimodes (MMF) constituent une solution à bas coût pour les systèmes 10 gigabit Ethernet dans des liaisons optiques à courte distance. Un modèle complet du comportement spatiotemporel et thermique des lasers VCSEL, pour la réponse statique et dynamique, le bruit, les effets thermiques et du couplage aux fibres optiques multi mode (MMF) a été étudié et confrontés aux mesures sur des modules optoélectronique prototype bas coût utilisant des barrettes de VCSELs couplées à des rubans de fibres MMF pour des transmissions optiques jusqu'à 300 m. L’injection du diagramme de rayonnement à caractère multimode du VCSEL, dans la fibre MMF est étudié ainsi que la propagation dans la fibre en utilisant la méthode du traçé de rayon. L'influence de la dispersion, des caractéristiques du VCSEL, de la température de fonctionnement et des formats de modulation intermodale sur la bande passante du système et sur la gigue de la fibre est estimée. Les simulations comparées aux mesures permettent l'analyse des paramètres critiques du système, que sont les formats de modulation, la température de fonctionnement et les conditions d’injection afin de maximiser la bandpassante de la fibre MMF et afin d’optimiser les diagrammes d'oeil jusqu’au 10 Gb/s. On propose une nouvelle méthode d'évaluation du Taux d’Erreurs Binaire en tenant compte facteur de Q et aussi de la gigue aléatoire et déterministe et des effets de formats numériques.