Lasers à fibre basés sur SOA et applications en tests et mesures

Présentation au sujet: "Lasers à fibre basés sur SOA et applications en tests et mesures"— Transcription de la présentation:

1 Lasers à fibre basés sur SOA et applications en tests et mesures
Michel Leblanc Chef de groupe, Ingénierie Systèmes 14 Mai 2010

2 Plan de la présentation
Pourquoi développer des lasers? Lasers SOA Caractéristiques recherchées Investigation Applications Test de composantes Mesures CD et PMD Mesures de PMD distribuée

3 Le laser accordable dans les tests et mesures …
Caractérisation de composants (CWDM, DWDM) Mesures de perte d’insertion, réflectivité et dépendance en polarisation vs l Réflectomètre optiques (OTDR) accordable en longueur d’onde Caractérisation d’un lien à plusieurs longueurs d’onde Mesure CD Mesure PMD

4 Principales caractéristiques souhaitées
Caractérisation de composants (CWDM, DWDM) Plage spectrale étendue (1 seul laser pour tout tester!) Laser étroit mais pas trop! (linewidth control) Balayage continu sans saut de mode Faible bruit (low SSE) Stabilité de puissance Réflectomètre optiques (OTDR) accordable en longueur d’onde Opération en mode pulsé (pulse variable, taux de répétition variable)

5 Laser à fibre basé sur SOA (SFL)
Basic SFL design Isolator Semiconductor gain medium SM fiber PC1 PC2 Coupler TBF Output

6 Laser à cavité externe (ECL)
Basic ECL design Diffraction Grating SM fiber Gain Chip Pivot Point Collimating lens

7 Largeurs de raie des lasers
Single-mode ECL (typ. 100 kHz) Power Coherence control (100 MHz)  Multimode SFL (1-10 GHz) Power 

8 Avantages potentiels du laser SFL
Opération multimodes élimine le besoin d’obtenir un balayage ‘’mode-hop free’’ Largeur de raie de quelques GHz contrôlée par design réduit les effets d’interférence Faible ASE possible sans ajout de complexité dans le design Possibilité de combiner plusieurs milieux de gain dans un même laser Fonctionnement en mode pulsé avec un seul SOA possible

9 Laser avec filtre large
Cavity design 1  TBF BW ~ pm I1 SMF SOA PC1 PC2 C 75% TBF Output 25% I2 Ref: H. Chen, F. Babin, G.W. Schinn, AOE 2006, Shanghai, China (2006)

10 Caractéristiques spectrales
Spectrum (a) (b) Res: 1nm FSR=8GHz SLM SLM MLM Measured by OSA Measured by scanning Fabry-Perot interferometer

11 Caractéristiques spectrales
(a) 1440nm (b) 1500nm Baseband noise vs wavelength (c) 1550nm (d) 1614nm (e) 1615nm

12 Caractéristiques spectrales
Tunable range for SLM and MLM Tunable range: nm SLM region MLM region

13 Laser avec filtre étroit
Cavity design 2  TBF BW ~ 16 pm Output 50% I2 SMF 50% C1 M1 TBF 3 L C2 2 PC1 1 G M2 PC2 SOA Narrow filter bandwidth can produce a MLM lasing oscillation for the entire laser operation wavelength region

14 Caractéristiques spectrales
MLM SFL w/ a narrow linewidth Tunability linewidth vs  Linewidth ~ 1.5 GHz Low SSE ~ dB

15 Modulation de fréquence d’un laser SOA monomode:
Modulation de fréquence d’un laser SOA monomode: - contrôle de largeur de raie Cavity Configuration for Frequency Modulation (FM) laser operation in a SFL Collaboration avec COPL, Université Laval, Simon Lambert-Girard, Michel Piché

16 Modulation de fréquence d’un laser SOA monomode
Left: measured laser spectrum for sine modulation by PM for fax = MHz, fm = MHz, Vpp = 0.6 V Right: simulation.

17 Modulation de fréquence d’un laser SOA monomode
Synthetic laser linewidths compare with Gaussian lineshapes w/ a SOA current modulation (modulation depth = 20 %, fax = MHz): Left: sine modulation, fm = MHz, Middle: optimized modulation, fm = MHz Right: optimized modulation, fm = MHz

18 Mise en oeuvre et applications

19 Mise en oeuvre: laser toutes-bandes (all-band)
Laser design and characteristics SOA chosen as gain medium since it can be designed for optimized gain in almost any desired region PM fiber used throughout to ensure stability Tuning filter (TBF) is shared between the two individual cavities SOA1 centred at 1350 nm SOA2 centred at 1530 nm SOAs’ 3-dB BW >70 nm SOA 1 75% 25% OC 1 Output OC 3 TBF 50/50 OC 2 25% 75% Ref: R. Baribault, H. Chen, G. He, D. Gariepy, F. Babin, G.W. Schinn, OFMC 2005, Teddington, UK (2005) SOA 2

20 Conception du filtre accordable (TBF)

21 Caractéristiques spectrales
Linewidth S/SSE

22 Analyseur de composants passifs
Passive Component Analyser (PCA) This tunable SOA-based SFL source (TLS) serves as basis for a swept- PCA for IL, ORL and PDL measurements as a function of wavelength. PSA generates 4 SOPs for use with Mueller matrix method. TLS CAL MODULE DETECTORS DUT REF MEASURE PSA PSA – Polarisation State Adjuster

23 Mesure typique – composant CWDM
Typical Results 16 Channel CWDM Demux

24 Mise en oeuvre: laser pulsé pour OTDR accordable
Low SSE design PMF Delay Line (PMF) FUT M Cir PMF SOA TBF 1 4 B C BS A Control APD Ref: US Patent US2009/ H. Chen, G.W. Schinn

25 Laser pulsé (1) Principle (2) Measurements ASE from SOA not in cavity
Light pulse from SOA based laser but without delay line (high SSE) 100ns light pulse from SOA based laser but with delay line Low SSE

26 Results – light pulse, linewidth and S/SSE
Laser pulsé Results – light pulse, linewidth and S/SSE

27 Mesures de CD avec un OTDR
PMF Delay Line (PMF) FUT M Cir PMF SOA TBF 1 4 B C BS A Fresnel Reflection Control APD

28 Measured GD and CD for 25 km DSF
Mesure de CD Measured GD and CD for 25 km DSF Different light pulse arrivals for different 

29 Mesures de PMD avec un OTDR
Principle design for products Delay Line (120 - m PMF) M C1 BS 25% 75% PMF FUT APD1 APD2 PBS PS SOA TBF Controlling and Signal Processing Fresnel Reflection Tunable pulsed laser PMD measurement I/O SOP Scrambler Tunable OTDR

30 Acquisition Setting Result Mesure de PMD
Method based on newly developed Scrambled SOP Analysis Measure Transmission difference for many SOP and l pairs RMS difference related to PMD (method standardized at TIA) Acquisition Setting I/O-SOP: 2000 Wavelength: 400  range: nm   GHz, PMD·  0.118 Result This method gives: PMDse = 5.74 ( 0.30) ps RTM measurement: PMDRTM = 5.75 ps Ref: H. Chen, N. Cyr, B. Ruchet, M. Leclerc, G.W. Schinn, ECOC 2007, Berlin, Germany (Sept. 2007)

31 Mesure de PMD distribuée
Same theory as single-ended PMD with tunable OTDR Use Rayleigh backscattering instead of Fresnel reflection Lot of data crunching…

32 Mesure de PMD distribuée
Measure PMD contribution of each section

33 Mesure de PMD distribuée
Predict new total PMD if a section is replaced

34 Conclusions Le développement d’instruments de tests et mesures avancés requiert l’utilisation de lasers ayant des caractéristiques particulières EXFO a développé des lasers uniques et intégré ceux-ci dans plusieurs équipements commercialisés EXFO continue à développer d’autres lasers pour certains produits présentement en développement.

35 Contributeurs EXFO COPL Hongxin Chen Gregory W. Schinn
François Babin (now with INO) Normand Cyr Robert Baribault Daniel Gariépy Gang He Bernard Ruchet Michel Leclerc COPL Simon Lambert-Girard Michel Piché