Modélisation d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs

Modélisation d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs

Publié le 13 déc. 2009 - Donne ton avis

Les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOAs) sont des dispositifs optoélectroniques très intéressants qui jouent un rôle prépondérant dans les systèmes de communications optiques. Ce sont des composants multifonctionnels utilisables dans des applications de plus en plus variées. Ce travail est consacré à la modélisation du comportement des SOAs, en particulier, les mécanismes d’origine inter-bande affectant la phase et l’amplitude, particulièrement, la déviation en phase ainsi que la déviation en fréquence (« chirp »).

D’abord, nous nous sommes intéressés au développement d’un modèle des SOAs permettant de restituer leur comportement statique et dynamique. Cette modélisation a été étendue à la prise en compte de l’ondulation du gain et de l’ASE, à la prise en compte du mélange à quatre ondes (FWM).

Ensuite, nous avons validé cette modélisation pour un SOA donné, à la fois pour la densité des porteurs, l’émission stimulé, l’émission spontanée amplifiée (ASE), le gain, le facteur de bruit(NF), et la puissance de sortie.

Enfin, nous avons étendue cette modélisation à la prise en compte de la déviation en fréquence par l’introduction du facteur de couplage phase-amplitude. En plus, nous avons étudié l’impact des différents paramètres de SOA sur le chirp afin de minimiser son influence lors de l’amplification d’une impulsion optique.

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Plan :

Dédicaces …………………………………………………………………………………...…i
Remerciements …………..………………………………………………………………...…ii
Table des matières ……………………………….……………………………………….....iii
Liste des figures ………………………………….………………………………………......v
Liste des abréviations…………………………….………………………………………....vii
Introduction générale 1
1 Généralités sur les amplificateurs optiques à semi-conducteurs 3
1.1 Historique 3
1.2 Structures et matériaux 4
1.2.1 Matériaux utilisés 4
1.2.2 Guidage par l’indice 6
1.3 Les configurations des amplificateurs optiques à semi-conducteurs 7
1.3.1 Les amplificateurs optiques à semi-conducteurs à cavité résonnante 8
1.3.2 Les amplificateurs optiques à semi-conducteur à ondes progressives 8
1.4 Les applications des amplificateurs optiques à semi-conducteurs 11
1.4.1 Amplification optique 11
1.4.2 Les fonctions optiques 13
1.5 Conclusion 15
2 Modélisation des amplificateurs optiques à semi-conducteurs 17
2.1 Modélisation statique 17
2.1.1 Gain dans l’amplificateur optique à semi-conducteurs 17
2.1.2 Evolution de la densité des photons 21
2.1.3 Evolution de la densité des porteurs 24
2.1.4 Diagramme de fonctionnement du modèle statique 24
2.2 Modélisation dynamique 26
2.2.1 Equations fondamentales de l’amplification et de la densité des porteurs 26
2.2.2 Diagramme de fonctionnement du modèle dynamique 27
2.3 Extension du modèle : le mélange à quatre ondes 28
2.3.1 Généralités sur le mélange à quatre ondes 28
2.3.2 Modélisation du mélange à quatre ondes 28
2.4 Conclusion 30
3 Validation du modèle 31
3.1 Validation en régime statique 31
3.1.1 Les paramètres des amplificateurs optiques à semi-conducteurs 32
3.1.2 Evolution de la densité des photons et des porteurs 33
3.2 Validation en régime dynamique 34
3.3 Simulation du mélange à quatre ondes 37
3.3.1 Mélange à quatre ondes en fonction de la fréquence de désaccord 39
3.3.2 Mélange à quatre ondes en fonction de la puissance d’entrée 39
3.4 Conclusion 40
4 Caractérisation de la déviation en fréquence 42
4.1 La déviation en fréquence 42
4.2 Résultats et analyses 44
4.2.1 Déviation en fréquence 45
4.2.1 Déviation en phase 46
4.2.2 Impact du niveau de puissance sur la déviation en fréquence 47
4.2.3 Impact du courant sur la déviation en fréquence 48
4.2.4 Impact du facteur de confinement sur la déviation en fréquence 48
4.2.5 Impact des dimensions de la zone active sur la déviation en fréquence 49
4.3 Conclusion 50
Conclusion générale 51
Annexe A : Paramètres du modèle (SOA) 53
Annexe B : Détermination du facteur de couplage phase-amplitude 55
Bibliographie 58


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