EXPÉRIENCE MARQUANTE d’ absorption de l’ ion Er 3 + à λ = 810 nm, correspondant aux diodes laser de type AsGa( arséniure de gallium), un marché industriel alors émergeant, nous y reviendrons. En 1987, à quelques mois d’ intervalle, les protagonistes de l’ EDFA( SU et BL) publièrent les deux premier articles fondateurs [ 2 ][ 3 ], cf. Figure 3. Ils apportaient la « preuve d’ existence » du concept, avec deux caractéristiques frappantes: une large bande passante de l’ ordre de 30 nm, et un gain de + 25 décibels( gain de 300) pour des puissances de pompe de l’ ordre de 100 mW. Si la controverse s’ en trouva renforcée, une partie de la communauté télécom, aussi alertée que curieuse, se décida à se lancer dans l’ aventure, notamment à British Telecom( BT) suivis par Nippon Telegraph & Telecom( NTT), dont nous reparlerons. Mais outre leur savoir-faire de fabrication complexe de la fibre dopée, les premiers avaient une bonne longueur d’ avance!
En quête du Saint- Graal: l’ EDFA pompé par diode laser
Les deux années suivantes( 1988- 1989) allaient apporter les réponses, aussi inattendues pour les détracteurs qu’ inespérées pour les explorateurs. D’ un côté, Elias Snitzer démontra la possibilité de pomper l’ EDFA directement dans la bande d’ absorption-émission de l’ ion Er 3 +, soit à λ = 1480 nm, une longueur d’ onde techniquement accessible à la technologie InGaAsP utilisée pour les sources télécom λ = 1550 nm; mais pour un résultat extrêmement modeste( quelques décibels de gain), car ne lisait-on pas dans les manuels qu’ on ne peut pas pomper un laser dans sa bande d’ émission? Et s’ agissant en plus d’ un laser à trois niveaux( difficiles à inverser, contrairement au cas à 4-niveaux). Ensuite, BT démontra le premier EDFA pompé par diode laser( LD), soit à base AsGa
( λ = 810 nm): un succès sans gloire, car inefficace question rendement énergétique( dû à un effet contraire d’ absorption de pompe dans l’ état excité). L’ équipe de SU concentra alors ses efforts sur le pompage à λ = 980 nm, une autre bande ayant le potentiel de pompage par LD. Côté BL, mon équipe incluant alors C. R. Giles fit une importante découverte: l’ insensibilité de l’ EDFA à l’ intermodulation( crosstalk) entre signaux amplifiés. La dynamique du gain étant relativement lente( i. e. de l’ ordre de 1 ms), les signaux à haut-débit( Gbit / s, soit 1 ns / bit) ne peuvent interférer entre eux; ainsi, plusieurs signaux ayant des longueurs d’ ondes différentes peuvent être amplifiés simultanément dans le même EDFA, sans interférer-ie. sans pénalité aucune en termes de taux d’ erreur binaire), contrairement au SOA( comme vu précédemment). Cette expérience représenta la démonstration de l’ amplification WDM( Wavelength-Division Multiplexing, ou multiplexage en longueur d’ onde), préfigurant la révolution WDM encore à venir. D’ autre part, nous concentrâmes nos efforts sur le pompage à λ = 1480 nm, pour une raison très simple: les diodes correspondantes( InGaAsP) n’ allaient pas tarder à arriver sur le marché, une fois l’ EDFA ayant fait ses preuves; nous avions la chance d’ avoir à disposition un laser à centre coloré( pompé par laser YAG: Nd), accordable autour de cette longueur d’ onde— un dispositif de loin pire que celui de SU( i. e. laser à saphir de titane pompé par laser krypton). Notre avantage sur la concurrence était aussi celui de la modélisation; aussi nous avons pu optimiser les performances de l’ ED- FA, jusqu’ à à la limite théorique, et identique en touts point à ce que le pompage par LD pourra obtenir peu après, cf. Figure 4. Enfin, l’ étude et la caractérisation du bruit( émission spontanée amplifiée) permit de déterminer que l’ EDFA pompé à 980 nm de SU atteint la limite quantique en termes de « facteur de bruit », alors que
Figure 4. Gain EDFA obtenu aux deux longueurs d’ onde signal [ 1,53( vert) et 1,54 µ m( rouge)] par pompage laser-diode à 1,48 µ m( fabrication OKI et AT & T); on observe qu’ une puissance de pompe LD de 15-20 mW suffit à générer un gain de 20 dB, soit pour compenser exactement l’ atténuation de 100 km de fibre optique.
Photoniques 135 I www. photoniques. com 55