L’Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris

et le Laboratoire de recherche SAMOVAR – Services répartis, Architectures, Modélisation, Validation, Administration des Réseaux

présentent

l’AVIS DE SOUTENANCE de Madame Shuqi YU

Autorisée à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l’Institut Polytechnique de Paris, préparé à Télécom SudParis en :

Electronique et Optoélectronique

« Amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour les futurs systèmes de télécommunication »

le MARDI 20 FÉVRIER 2024 à 14h00

à

Auditorium
Huawei Technologies France, Bâtiment A, 18-20 Quai du Point du Jour, 92100 Boulogne-Billancourt

Membres du jury :

M. KAMEL MERGHEM, Maître de conférences, Télécom SudParis, FRANCE – Directeur de these
Mme Sophie BOUCHOULE, Directrice de recherche, Centre for Nanoscience and Nanotechnology (C2N), FRANCE – Rapporteur
M. Joel JACQUET, Professeur, EIGSI La Rochelle, école d’ingénieurs généralistes, FRANCE – Rapporteur
M. Antonin GALLET, Docteur, Huawei Technologies France, FRANCE – Co-encadrant de these
Mme Hélene  DEBREGEAS, Ingénieure de recherche, ALMAE TECHNOLOGIES, FRANCE – Examinateur
M. Connelly MICHAEL, Professeur, University of Limerick, IRLANDE – Examinateur

« Amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour les futurs systèmes de télécommunication »

présenté par Madame Shuqi YU

Résumé :

L’augmentation continue de la demande de transmission de données contraint les réseaux optiques à évoluer et à améliorer leur capacité de transmission. Comme l’efficacité spectrale des fibres optiques semble avoir atteint sa limite, l’une des meilleures solutions consiste à étendre la largeur de bande spectrale des systèmes optiques. Compte tenu de la demande de systèmes d’amplification optique à large bande passante, nous avons décidé de mener des recherches sur les amplificateurs optiques à semiconducteurs (SOA) car ils offrent un gain personnalisé et une expansion flexible de la bande passante, avec une bonne intégrabilité et un faible coût. Historiquement, les SOA rencontraient des limitations en termes de chiffre de bruit, de distorsions non linéaires et de sensibilité à la polarisation. Cependant, les récents progrès en matière de conception ont montré des résultats prometteurs, positionnant les SOA comme des candidats viables pour les futures solutions de transmission optique. L’objectif de ma thèse est de développer des SOA atténuant ces inconvénients, présentant un faible chiffre de bruit et une puissance de sortie saturée élevée, pour les rendre adaptés à une utilisation dans des réseaux optiques à large bande passante en multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM). Dans ce travail, nous avons commencé par une brève introduction aux principes fondamentaux des SOA. Ensuite, je présente nos conceptions standard, les résultats des mesures et des idées d’amélioration, accompagnés d’un modèle simple pour une optimisation ultérieure. Ensuite, nous exposons quelques conceptions avancées et leurs excellents résultats. Enfin, l’application des SOA dans les systèmes de transmission optique a été explorée, mettant en évidence leur rôle dans les modules d’amplification en ligne. Cette recherche contribue à faire progresser la compréhension et l’application pratique des SOA dans les systèmes de communication optique.

Abstract :

The continuous increase in data transmission demands is compelling optical networks to evolve and enhance their transmission capacity. As the spectral efficiency of optical fibers seems to have reached its limit, one of the best solutions is to extend the spectral bandwidth of optical systems. Considering the demand for large-bandwidth optical amplification systems, we decided to research semiconductor optical amplifiers (SOA) as they offer customized gain and flexible bandwidth expansion, which has good integrability and low cost as well. Historically, SOA faced limitations in terms of noise figures, nonlinear distortions, and polarization sensitivity. However, recent advancements in design have shown promising results, positioning SOAs as viable candidates for future optical transmission solutions. The objective of my thesis is to develop SOAs that mitigate the drawbacks, having a low noise figure and high saturation output power, to make them suitable for using in wide-bandwidth wavelength division multiplexing (WDM) optical networks. In this work, we started with a quick introduction to SOA’s basic principles. Then, I demonstrate our three standard designs, measurement results, and improvement ideas, accompanied by a simple model for further optimization. After that, we show some advanced designs and their excellent results. In the end, the application of SOAs in optical transmission systems was explored, highlighting their role in in-line amplifier modules. This research contributes to advancing the understanding and practical application of SOAs in optical communication systems.