Understanding of birefringence and polarization mode coupling in fiber optic for telecommunication

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The domain of optical telecommunication is characterized by an increasing demand for better transmission capacity. One wants to transmit larger amount of information as new applications are appearing. However, some limitations are still present, like
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    Thèse Présentée pour obtenir le grade de Docteur de L’Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications Spécialité : Electronique et Communications Grégory Bouquet Compréhension de la biréfringence et du couplage de mode de polarisation dans les fibres optiques de télécommunication Soutenue le 17 Mars 2005 devant le jury composé de Patrice MEGRET Président du Jury Stefano WABNITZ Rapporteurs Dominique PAGNOUX Didier ERASME Examinateurs Louis Anne DE MONTMORILLON Pierre SANSONETTI Guy DEBARGE Directeur de thèse     p  a  s   t  e   l  -   0   0   0   0   1   2   2   8 ,  v  e  r  s   i  o  n   1  -   2   2   N  o  v   2   0   1   0      p  a  s   t  e   l  -   0   0   0   0   1   2   2   8 ,  v  e  r  s   i  o  n   1  -   2   2   N  o  v   2   0   1   0    i Résumé Le domaine des communications par fibres optiques est actuellement caractérisé par une augmentation de la demande en terme de capacité de transmission. On cherche à transmettre de plus en plus de données et de nouvelles applications voient le jour. Il persiste toutefois certaines limitations, comme les effets dispersifs, qui dégradent les performances des transmissions. Parmis ces effets, la Dispersion de Mode de Polarisation (PMD) est un élargissement temporel des signaux lié à la dépendance de la vitesse de groupe à la polarisation. Il existe deux approches pour s’affranchir des effets de la PMD. La première consiste à la compenser en ligne. La seconde approche, que nous avons abordée dans cette thèse, consiste à obtenir des faibles PMD en intervenant au niveau du processus de fabrication de la fibre. La première étape de ce travail a consisté à modéliser la biréfringence, phénomène à l’srcine de la PMD. Nous avons mis en valeur l’impact non négligeable sur la biréfringence des contraintes mécaniques engendrées dans la fibre lors de la fabrication. La seconde étape a concerné l’étude de l’effet d’une rotation périodique de la fibre sur la PMD. Nous avons montré que lorsque cette rotation est triangulaire, la réduction de la PMD est importante. Enfin, dans un troisième temps, nous avons utilisé deux méthodes de mesure, afin de caractériser la biréfringence et la rotation de la fibre. Cela nous a permis d’apporter certains éléments de validation aux résultats obtenus dans les deux premières parties. De cette étude, nous avons dégagé des règles simples qui nous ont permis de réduire la PMD des fibres à fortes biréfringences.     p  a  s   t  e   l  -   0   0   0   0   1   2   2   8 ,  v  e  r  s   i  o  n   1  -   2   2   N  o  v   2   0   1   0    ii   p  a  s   t  e   l  -   0   0   0   0   1   2   2   8 ,  v  e  r  s   i  o  n   1  -   2   2   N  o  v   2   0   1   0    iii  Abstract The domain of optical telecommunication is characterized by an increasing demand for better transmission capacity. One wants to transmit larger amount of information as new applications are appearing. However, some limitations are still present, like dispersive effects that degrade transmission performances. Polarization Mode Dispersion (PMD) is such an effect which is time broadening due to the dependence of the group velocity to the signal polarization. To overcome this effect, there are two common approaches. The first consists in mitigating PMD during transmission. The second, used in this thesis, consists in producing low PMD fibre by intervening at fabrication process level. In the first part of our work, we studied birefringence, which is the cause of PMD. We showed that the mechanical stress ,frozen in the fibre during drawing, has an important contribution to the birefringence. As a second step, we studied the effect of spinning the fibre as it is drawn. We found that a triangular spinning permit to efficiently decrease PMD. Finally, we used two experimental methods to characterise birefringence and spinning of the fibre. We obtain some experimental validation of the theoretical results obtained in the two first parts of this work. This study leads to deduce simple rules which permit to reduce PMD of high birefringence fibre   p  a  s   t  e   l  -   0   0   0   0   1   2   2   8 ,  v  e  r  s   i  o  n   1  -   2   2   N  o  v   2   0   1   0
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