Etude de solutions OFDM en technologie "Photonique Silicium" pour les futures générations de réseaux optiques passifs

Dans le contexte des Reseaux Optiques Passifs (PON), les operateurs recherchent des solutions innovantes pour augmenter le debit agrege, nombre d'utilisateurs et portee de la transmission. En plus, des solutions emetteurs-recepteurs a bas cout sont necessaires. La technique de transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) peut ameliorer les performances de la communication en termes de debit agrege et portee compare a la modulation classique On-Off Keying (OOK) mono-porteuse. Au meme temps, la technologie Photonique sur Silicium permet de reduire le cout par unite des emetteurs-recepteurs, en raison de sa capacite de production en masse et integration electro-optique. L'OFDM optique a deja demontre son potentiel avec des composants optiques sur etagere. Par contre, son utilisation avec des emetteurs compatibles avec la technologie Photonique sur Silicium est plus difficile. L'objectif de ce travail est d'etudier les performances d'un lien base sur des composants Photoniques sur Silicium utilisant la technique de modulation OFDM. Pour atteindre cet objectif, une plateforme de simulation dediee est developpee. Le modulateur-demodulateur OFDM est mise en place, ainsi que des modeles d'emetteurs Photoniques sur Silicium developpes pendant la these. Ces modeles sont valides experimentalement avec la caracterisation des composants disponibles au laboratoire. En parallele, un banc experimental est construit. Les emetteurs Photoniques sur Silicium sont compares avec des composants a l'etat-de-l' art sur etagere dans un lien OFDM optique. Dans les systemes en modulation d'intensite et detection directe (IM/DD), une technique d'allocation quasi-optimale de bits et puissance avec de l'OFDM optique est proposee pour maximiser l'efficacite spectrale. Deux types d'emetteurs Photoniques sur Silicium sont consideres : des lasers hybrides III/V-sur-Silicium en modulation directe (experimentation) et des modulateurs externes comme le Mach-Zehnder (MZM) (simulation) et en anneau-resonant (experimentation et simulation). Les resultats experimentaux montrent qu'un debit agrege de 10Gbps peut etre attendu jusqu'a 50km de fibre monomode, compatible avec les exigences de futures generations de PONs. La portee de la transmission (>10Gbps) avec le modulateur en anneau est limitee a 20km, en raison des pertes de couplage eleve en entree/sortie de la puce. Les simulations montrent que la portee peut atteindre 100km si les pertes sont reduites. Une technique de modulation appelee Single-Side Band (SSB)-OFDM est connu pour ameliorer le produit bande-passante-portee de la transmission, en comparaison avec des systemes IM/DD (Dual-Side Band (DSB)). Par contre, l'emetteur SSB exige plusieurs composants electriques et optiques discrets, augmentant sa complexite. La technologie Photonique sur Silicium permet de un haut niveau d'integration electro-optique. Pour cette raison, une implementation specifique d'un modulateur optique IQ sur Silicium permettant une generation efficace d'un signal SSB-OFDM est etudiee. Les resultats de simulation d'un cas d'etude montrent que l'emetteur Silicium permet d'atteindre une penalite dans le budget optique relativement faible (de l'ordre de 3dB) compare a un modulateur LiNbO3. Les solutions presentees dans cette these repondent aux besoins de future generations de PON en termes de debit avec des bandes-passantes relativement faibles (<6.25GHz). Ceci est un atout pour l'application consideree. Les tensions de modulations pour les liens IM/DD sont proches des celles fournies par l'electronique CMOS (about 2Vpp). Le developpement recent de processeurs numeriques et de convertisseurs numeriques-analogiques a haut debit en CMOS font de l'OFDM une solution tres attractive pour les futures generations de PONs, puisque des transmetteurs tout-Silicium peuvent desormais etre envisages.