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1 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Lasers à fibre basés sur SOA et applications en tests et mesures Michel Leblanc Chef de groupe, Ingénierie Systèmes.

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1 1 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Lasers à fibre basés sur SOA et applications en tests et mesures Michel Leblanc Chef de groupe, Ingénierie Systèmes 14 Mai 2010

2 2 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Plan de la présentation Lasers SOA Pourquoi développer des lasers? Caractéristiques recherchées Investigation Applications Test de composantes Mesures CD et PMD Mesures de PMD distribuée

3 3 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 3 Caractérisation de composants (CWDM, DWDM) Mesures de perte dinsertion, réflectivité et dépendance en polarisation vs Réflectomètre optiques (OTDR) accordable en longueur donde Caractérisation dun lien à plusieurs longueurs donde Mesure CD Mesure PMD Le laser accordable dans les tests et mesures …

4 4 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 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 donde Opération en mode pulsé (pulse variable, taux de répétition variable) Laser étroit mais pas trop! (linewidth control)

5 5 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 5 Laser à fibre basé sur SOA (SFL) Output TBF Isolator SM fiber PC1 Coupler Semiconductor gain medium PC2 Basic SFL design

6 6 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 6 Laser à cavité externe (ECL) Basic ECL design Diffraction Grating SM fiber Gain Chip Pivot Point Collimating lens

7 7 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 7 Largeurs de raie des lasers Power Coherence control (100 MHz) Multimode SFL (1-10 GHz) Power Single-mode ECL (typ. 100 kHz)

8 8 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 8 Avantages potentiels du laser SFL Opération multimodes élimine le besoin dobtenir un balayage mode-hop free Largeur de raie de quelques GHz contrôlée par design réduit les effets dinterférence 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 9 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 9 Laser avec filtre large Cavity design 1 TBF BW ~ pm I2 Output SOA TBF I1 SMF 25% 75% PC1PC2 C Ref: H. Chen, F. Babin, G.W. Schinn, AOE 2006, Shanghai, China (2006)

10 10 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 10 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Caractéristiques spectrales MLM SLM FSR=8GHz Res: 1nm (a) (b) SLM Spectrum Measured by OSA Measured by scanning Fabry-Perot interferometer

11 11 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 11 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Caractéristiques spectrales (a) 1440nm(b) 1500nm (c) 1550nm(d) 1614nm Baseband noise vs wavelength (e) 1615nm

12 12 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 12 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Caractéristiques spectrales Tunable range: nm SLM region MLM region Tunable range for SLM and MLM

13 13 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 13 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Laser avec filtre étroit SOA G M1 M2 L PC1 PC2 50% Output SMF TBF I2 C2 C1 Narrow filter bandwidth can produce a MLM lasing oscillation for the entire laser operation wavelength region Cavity design 2 TBF BW ~ 16 pm

14 14 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 14 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Caractéristiques spectrales Tunability linewidth vs Linewidth ~ 1.5 GHz Low SSE ~ dB MLM SFL w/ a narrow linewidth

15 15 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 15 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Modulation de fréquence dun 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 16 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 16 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Modulation de fréquence dun laser SOA monomode Left: measured laser spectrum for sine modulation by PM for f ax = MHz, f m = MHz, V pp = 0.6 V Right: simulation.

17 17 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 17 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Modulation de fréquence dun laser SOA monomode Synthetic laser linewidths compare with Gaussian lineshapes w/ a SOA current modulation (modulation depth = 20 %, f ax = MHz): Left : sine modulation, f m = MHz, Middle : optimized modulation, f m = MHz Right : optimized modulation, f m = MHz

18 18 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mise en oeuvre et applications

19 19 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 19 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mise en oeuvre: laser toutes-bandes (all-band) 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 Laser design and characteristics TBF SOA1 2 OC /50 25 % 75 % 25 % 75 % Output Ref: R. Baribault, H. Chen, G. He, D. Gariepy, F. Babin, G.W. Schinn, OFMC 2005, Teddington, UK (2005)

20 20 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 20 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Conception du filtre accordable (TBF)

21 21 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 21 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Caractéristiques spectrales Linewidth S/SSE

22 22 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 22 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 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 23 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 23 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mesure typique – composant CWDM Typical Results 16 Channel CWDM Demux

24 24 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 24 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mise en oeuvre: laser pulsé pour OTDR accordable SOA PMF Delay Line (PMF) M TBF Control PMF BS B A Cir C FUT APD Low SSE design Ref: US Patent US2009/ H. Chen, G.W. Schinn

25 25 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 25 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Laser pulsé (1) Principle ASE from SOA not in cavityLight pulse from SOA based laser but without delay line (high SSE) 100ns light pulse from SOA based laser but with delay line Low SSE (2) Measurements

26 26 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 26 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Laser pulsé Results – light pulse, linewidth and S/SSE

27 27 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 27 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mesures de CD avec un OTDR SOA PMF Delay Line (PMF) M TBF Control PMF BS B A Cir C FUT APD Fresnel Reflection

28 28 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 28 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mesure de CD Different light pulse arrivals for different Measured GD and CD for 25 km DSF

29 29 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 29 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 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 SOATBF Controlling and Signal Processing Fresnel Reflection PMF Tunable pulsed laser PMD measurement I/O - - SOP Scrambler Tunable OTDR

30 30 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 30 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mesure de PMD Acquisition Setting I/O-SOP: 2000 Wavelength: 400 range: nm GHz, PMD· Result This method gives: PMD se = 5.74 ( 0.30) ps RTM measurement: PMD RTM = 5.75 ps Method based on newly developed Scrambled SOP Analysis Measure Transmission difference for many SOP and pairs RMS difference related to PMD (method standardized at TIA) Ref: H. Chen, N. Cyr, B. Ruchet, M. Leclerc, G.W. Schinn, ECOC 2007, Berlin, Germany (Sept. 2007)

31 31 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 31 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 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 32 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 32 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mesure de PMD distribuée Measure PMD contribution of each section

33 33 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 33 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Mesure de PMD distribuée Predict new total PMD if a section is replaced

34 34 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 34 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Conclusions Le développement dinstruments de tests et mesures avancés requiert lutilisation de lasers ayant des caractéristiques particulières EXFO a développé des lasers uniques et intégré ceux-ci dans plusieurs équipements commercialisés EXFO continue à développer dautres lasers pour certains produits présentement en développement.

35 35 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. 35 © 2010 EXFO Inc. All rights reserved. Contributeurs EXFO 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


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