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

Lasers à fibre basés sur SOA et applications en tests et mesures. Michel Leblanc Chef de groupe, Ingénierie Systèmes 14 Mai 2010. Plan de la présentation. Pourquoi développer des lasers?. Lasers SOA. Caractéristiques recherchées . Investigation. Applications. Test de composantes.

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

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  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) • Laser étroit mais pas trop! (linewidth control)

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

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

  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 ~ 200 - 300 pm I1 SMF SOA PC1 PC2 C 75% TBF Output I2 25% 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 scanning Fabry-Perot interferometer Measured by OSA

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

  12. Caractéristiques spectrales Tunable range for SLM and MLM Tunable range: 1435-1645nm 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 PC1 2 G 1 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 ~ 50 - 60 dB

  15. 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 = 16.017 MHz, fm = 16.000 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 = 16.009 MHz): Left: sine modulation, fm = 16.02 MHz, Middle: optimized modulation, fm = 16.02 MHz Right: optimized modulation, fm = 16.03 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% SOA 2 Ref: R. Baribault, H. Chen, G. He, D. Gariepy, F. Babin, G.W. Schinn, OFMC 2005, Teddington, UK (2005)

  20. Conception du filtre accordable (TBF)

  21. Caractéristiques spectrales Linewidth S/SSE

  22. CAL TLS PSA MODULE REF DETECTORS MEASURE DUT 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. 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 Cir M PMF SOA TBF 1 2 3 4 C B BS A Control APD Ref: US Patent US2009/0310627 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. Laser pulsé Results – light pulse, linewidth and S/SSE

  27. Mesures de CD avec un OTDR PMF Delay Line (PMF) FUT Cir M PMF SOA TBF 1 2 3 4 C B BS A Fresnel Reflection Control APD

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

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

  30. 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: 1530.6 - 1569.6nm •   20.52 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 • 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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