Amplificateur optique à semi-conducteur

Avec la mise au point vers la fin des années 1970 des fibres monomodes, dont la dispersion chromatique était considérablement plus faible que la dispersion modale des fibres multimodes utilisées jusque-là, c’est l’atténuation qui était devenue la principale limitation à la portée des systèmes terrestres ou sous-marins : une simple amplification, sans nécessaire remise en forme du signal, pouvait simplifier considérablement les répéteurs. Le concept d’amplification optique directe semblait donc une alternative envisageable aux complexes répéteurs optoélectroniques, et les premiers travaux expérimentaux sur les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA) ont été publiés au début des années 1980. Mais ce n’est qu’à la fin de ces années 1980 que la recherche sur les amplificateurs optiques directs connaît une réelle accélération. En effet, jusque-là les systèmes de transmission optique n’utilisaient qu’une seule porteuse. Or, pour faire face à la demande sans cesse croissante de capacité de transmission à longue distance, il sembla judicieux de juxtaposer plusieurs porteuses modulées dans la fibre, par un multiplexage spectral permettant d’exploiter la bande passante phénoménale des fibres optiques (plusieurs dizaines de térahertz). Cependant, la nécessité d’amplifier périodiquement ce multiplex de canaux optiques avec des répéteurs optoélectroniques pose un énorme problème de coût. En effet, ces répéteurs n’étant capables de traiter qu’un seul canal à la fois, il était indispensable d’installer dans chaque poste de régénération autant de répéteurs que de canaux présents dans le multiplex. En revanche, un seul amplificateur optique direct fonctionnant sur le principe de l’émission stimulée, et doté d’une largeur de raie de fluorescence de quelques térahertz, permettrait d’amplifier simultanément tout le multiplex de canaux optiques.

C’est cette perspective qui accéléra la recherche sur les amplificateurs optiques. Deux techniques différentes d’amplificateurs optiques directs furent étudiées et développées à la fin des années 1980 : le SOA, objet de cet article, et l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium (EDFA). L’objectif prioritaire était de mettre au point un amplificateur en ligne capable d’amplifier simultanément plusieurs canaux. Assez rapidement, c’est l’EDFA qui présenta les meilleures performances sur des points essentiels : une indépendance totale à l’état de polarisation du signal, due à la géométrie constitutive de la fibre, un facteur de bruit faible, des pertes d’insertion en ligne négligeables, et une absence totale de distorsion des signaux pour des fréquences de modulation supérieures au MHz.

Du côté du SOA, en dépit de nombreux efforts technologiques visant à améliorer sa sensibilité à la polarisation, celle-ci reste encore actuellement de l’ordre...