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Topic Course title Coordinator Hours ECTS mandatory / optional

Physics Refresher: Physics of Optoelectronic Devices Didier Erasme 20 2

Information Refresher: Digital CommunicationsPhilippe Ciblat; Ghaya Rekaya-

Ben Othman20 2

Networks Refresher: Communication Networks Mounia Lourdiane, Cédric Ware 20 2

Physics Optoelectronic Devices Adel Bousseksou 40 4 mandatory

Physics Photonic Integration Functions Nicolas Dubreuil 30 3

Physics Advanced Photonics Nicolas Dubreuil 30 3

Physics Nanophotonics Delphine Morini 30 3

Information Digital Information ProcessingPhilippe Ciblat; Ghaya Rekaya-

Ben Othman30 3 mandatory

InformationError-Correcting Codes and Coded

Codulations Applied to Optical Communications

Frederic Lehmann, Antoine Berthet 20 2 mandatory

Transmission Optical Information Propagation and Point-to-Point Transmission Systems Yann Frignac 30 3 mandatory

Transmission Advanced and Next-Generation Optical Transmission Systems Yann Frignac 20 2 mandatory

Networks Optical Networks Mounia Lourdiane, Cédric Ware 40 4 mandatory

Networks Future Trends in Optical Networks Mounia Lourdiane, Cédric Ware 20 2 mandatory

all Photonic Systems Towards Other Applications Nicolas Dubreuil 30 3 mandatory

all Second-semester Internship 30 mandatory

3 ECTS mandatory out of 9

4 ECTS mandatory out of 6

Refresher: Digital Communications Semester 1Contributes to M2 ROSP

Course director: Prof. Philippe Ciblat (Telecom ParisTech)Course teachers: Prof. Antoine Berthet (Supelec)

Prof. Philippe Ciblat (Telecom ParisTech)Dr. Frédéric Lehmann (Telecom SudParis)Prof. Ghaya Rekaya-Ben Othman (Telecom ParisTech)

Volume: 20 hours 2 ectsPeriod:Assessment: Final exam

Language of tuition: English or French

Course Objectives: The objective of this refresher course is to provide the fundamental tools of digital communi-cations in the simplest case given by the Additive White Gaussian Noise channel.

Course Prerequisites:• Introduction to digital communications (modulation BPSK, threshold detector)• Introduction to statistics (random variable, random stationary process)

Syllabus• Additive White Gaussian Noise (AWGN) model• Detection theory : MAP and ML detector• Matched filter, Threshold detector• Inter-Symbol Interference (ISI), Nyquist criterion• Bit error rate, minimal distance, performance• Block Forward Error Correcting codes (FEC), Coding gain

On completion of the course students should be able to:• design an optimal coherent receiver• know the relationship between fundamentals parameters (such as bandwidth, power, etc)• understand the principle of an error correcting codes

Textbooks/bibliography:D. Tse, “Fundamentals of wireless communications”.A. Goldsmith, “Wireless communications”.J. Proakis, “Digital communications”.

1

Programme détaillé des enseignements réseaux dans le cadre du Master ROSP

 I  -­‐‑  Enseignements  proposés  pour  la  mise  à  niveau  (Nombre  d'ʹheures  à  titre  indicatif  -­‐‑  18h)    1-­‐‑ Introduction  à  l'ʹarchitecture  générale  des  réseaux  (3  h  cours)  

Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑  Associer  les  différentes  topologies  de  réseaux  aux  différentes  échelles  du  réseau  global.    2-­‐‑ Réseaux  IP  :  Protocole  et  routage  (6h  cours)  

Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑   Savoir   expliquer   l'ʹarchitecture   de   réseaux   commutés   par   paquets,   particulièrement   IP   et   les  protocoles  associés,  notamment  TCP/IP  -­‐‑  Savoir  mettre  en  place  un  plan  d'ʹadressage  IP  et  réaliser  des  interconnexions  de  sous-­‐‑réseaux     3-­‐‑ Réseaux  SDH  :  (3h  cours  et  3h  TD)  

Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑  Savoir  décrire  la  norme  SDH  et  les  infrastructures  des  réseaux  SDH  -­‐‑  Savoir  dimensionner  un  réseau  SDH  en  fonction  des  contraintes  de  trafic  et  des  équipements  mis  à  disposition.    4-­‐‑ Architecture  d'ʹun  réseau  mobile  (3h  cours)  

Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑  Expliquer  l'ʹarchitecture  d'ʹun  réseau  de  communication  mobile  (station  de  base,  canal  radio  …)    II  –  Enseignement  proposé  dans  le  cadre  du  module  réseaux  optiques  du  master    Contexte  :   la   montée   en   débit   dans   les   réseaux   cœur,   métro   et   accès   modifie   l'ʹapproche   couramment  adoptée     en   termes   d'ʹarchitecture   réseaux   et   d'ʹinfrastructure.   D'ʹautre   part,   le   choix   de   la   méthode  d'ʹingénierie  dépend  fortement  de  l'ʹenvironnement  dans  lequel  le  réseau  s'ʹimplémente.      1-­‐‑ Architectures   de   réseaux   optiques   très   haut   débit   de   nouvelle   génération  (3  ECTS  ou  30  heures)  

 Objectifs  d’apprentissage  :  

• Expliquer  l’architecture  globale  d’un  réseau  d’opérateur,  ainsi  que  les  enjeux  spécifiques  des  grandes  divisions  que  sont  les  réseaux  cœur,  d’accès,  et  métropolitain.  

• Concevoir  différentes  parties  du  réseau  global  dans  des  situations  spécifiques  présentant  des  contraintes  (de  type  de  trafic,  de  distance,  d’interopérabilité…)  

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• Expliquer  les  techniques  d’évolution  des  réseaux  décrites  ci-­‐‑dessous,  identifier  les  situations  où  chacune  est  pertinente.  

 1.1.  Multiplexage   en   longueur  d’onde   :   Evolution  des   transmissions   IP/SDH/WDM  vers   les  transmissions  IP/WDM  (6h  Cours/TD,  3h  TP)    Des  flux  très  importants  de  données  sont  transportés  dans  le  réseau  cœur  grâce  au  multiplexage  en  longueur  d’onde  WDM.  Les  flux  de  données  à  des  débits  très  élevés  sont  généralement  structurés  en  paquets  IP  :  ils  sont  soit  portés  indirectement  portés  par  une  couche  de  type  SDH1  soit  directement  par  les  longueurs  d’onde  du  spectre  WDM.  Une  nouvelle  approche  multicouche  de  la  couche  physique  aux  couches  réseaux  est  également  présentée  dans  ce  contexte.    Objectifs  d'ʹapprentissage  

-­‐‑  Différencier  les  fonctionnements  en  mode  circuit  et  en  mode  paquet.  -­‐‑  Savoir  concevoir  un  réseau  très  haut  débit  à  partir  des  architectures  actuellement  déployés.  

 

1.2.  Les  réseaux  optiques  élastiques  flexibles  (6h  cours/TD,  3h  TP)  

La  connectivité  en  mode  circuit  de  la  couche  optique  mettant  en  œuvre  la  technique  WDM  entre  les  différents  nœuds  du  réseau,  transporte  de  façon  peu  efficace  les  trafics  irréguliers  en  temps  et  en  intensité.  Dans  les  réseaux  optiques  élastiques,  on  conserve  le  mode  circuit  mais  on  le  modifie  afin  de  le  rendre  plus  flexible  et  mieux  adapté  au  trafic  à  transporter  :   on   introduit   le   concept   d’élasticité   dans   les   réseaux   optiques   en   associant   une   variation   du   débit  physique  des  transpondeurs  des  nœuds  à  une  variation  de  l’espacement  entre  canaux  WDM.    Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑  Savoir  reconnaître  et  expliquer  le  fonctionnement  d'ʹun  réseau  élastique.  

-­‐‑  Savoir  identifier  les  limites  technologiques  des  réseaux  élastiques.    

   1.3.  Sous-­‐‑réseau  métropolitain  d’accès  et  réseau  PON-­‐‑WDM  (3h  cours/TD,  3h  TP)    Le   sous-­‐‑réseau  métropolitain   d’accès   permet   d’agréger   les   flux  d’un   ensemble   de   réseaux  d’accès.  Pour  monter   en  débit  dans  le  réseau  métropolitain  d’accès,  la  technique  WDM  est  exploitée  dans  le  réseau  d’accès  optique  passif  (ou  réseau   PON  :   Passive   Optical   Network),   pour   agréger   la   capacité   de   plusieurs   réseaux   d’accès   optiques   mono-­‐‑longueur   d’onde.   Étant   donnée   la   topologie   en   arbre   du   réseau   PON,   la   fonction   d’agrégation   du   réseau  métropolitain  d’accès  se  trouve  ainsi  directement  assurée  par  le  tronc  du  réseau  PON.    Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑    Concevoir  l'ʹingénierie  d'ʹun  réseau  PON-­‐‑WDM.  

-­‐‑   Concevoir   une   nouvelle   architecture   d'ʹinterconnexion   du   réseau   d'ʹaccès   au   réseau   cœur,   en   tenant  compte  des  contraintes  de  l'ʹexistant  (technologie,  performances,  évolution  d'ʹanciens  réseaux  …)  

   1.4.  La  convergence  fixe-­‐‑mobile  (3h  cours/TD,  3h  TP)   1  SDH  :  Synchronous  Digital  Hierarchy  :  hiérarchie  de  multiplexage  numérique  synchrone  

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 La   convergence   fixe-­‐‑mobile   est   également   une   des   techniques   permettant   d’optimiser   le   débit   de   données   et   la  consommation  énergétique  des  futurs  réseaux  filaires  optiques/  sans  fil.    Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑  Expliquer  les  techniques  de  convergence  fixe-­‐‑mobile  dans  les  réseaux  

 

1.5.  Projet  Réseaux  (10  h)    Différents  logiciels  de  simulation  seront  mis  à  la  disposition  des  étudiants  afin  qu'ʹils  puissent  étudier  le  déploiement  de  plusieurs  architectures  de  réseaux  optiques.    Objectifs  d'ʹapprentissage  -­‐‑  Implémenter,  en  simulation,  des  cas  d'ʹétudes  d'ʹarchitectures  réseaux.  

 2-­‐‑ Nouvelles   technologies   émergentes  de   transport   dans   les   réseaux   optiques   (2  ECTS  ou  20  heures)  

2.1.  Introduction  de  paquets  optiques  commutés  dans  les  réseaux  optiques  :  les  technologies  OBS,  OPS  et  OSS  (6h  cours/TD,  3h  TP)  

L’essentiel  du  trafic  fait  appel  à  la  commutation  de  paquets,  qui  s’adapte  bien  à  des  profils  variés  de  communication.  L’introduction   de   ce   modèle   directement   dans   le   domaine   optique   (plutôt   que   par   l’utilisation   de   routeurs  électroniques   par-­‐‑dessus   un   modèle   de   circuits   optiques)   est   en   phase   avec   l’évolution   du   réseau   de  télécommunications.    Objectifs  d'ʹapprentissage  

-­‐‑  Savoir  dimensionner  des  paquets  et  des  bursts  optiques  (en-­‐‑tête  de  paquet,  intervalle  de  garde  …)  

-­‐‑  Savoir  choisir  la  technologie  (OPS,  OBS  ou  OSS)  adaptée  à  un  réseau  donné.  

   2.2.  Sous-­‐‑réseau  métropolitain  de  cœur,  technologie  P-­‐‑OADM  (3h  cours/TD)    La  topologie  maillée  de  ce  réseau  permet  à  une  partie  du  trafic  de  rester  dans  le  réseau  métropolitain  sans  aller  dans  le  réseau   cœur.   La   technologie   P-­‐‑OADM   a   été   proposée   par   différents   fournisseurs   d’équipements   afin   d’optimiser  l’utilisation   des   ressources   optiques   dans   les   réseaux  métropolitains   tout   en   considérant   des   paquets   de   données,  fréquemment  encapsulés  dans  des  trames  Ethernet.    Objectifs  d'ʹapprentissage  

-­‐‑  Expliquer  le  fonctionnement  d'ʹun  P-­‐‑OADM  et  ses  différences  avec  un  réseau  classique.  -­‐‑  Savoir  mettre  en  place  un  P-­‐‑OADM  pour  différencier  les  trafics  en  fonction  des  destinataires  (routage).  

   2.3.  Nouvelles  architectures  de  nœuds  transparents  économes  en  énergie  (3h  cours/TD)  

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 De  nouvelles   architectures   de   nœuds   réalisés   à   partir   de   composants   tout   optiques,   qui   intègrent   la   gestion   de   la  qualité   de   transmission   et   de   service,   permettront   d'ʹaméliorer   les   performances   énergétiques   des   réseaux   de  télécommunications  de  demain.        Objectifs  d'ʹapprentissage  

-­‐‑  Capitaliser  les  compétences  acquises  dans  la  formation  pour  concevoir  de  nouveaux  nœuds  de  réseaux.  

   2.4.  Nouvelles  architectures  de  réseaux  domestiques  optiques  (3h  cours/TD)    Le  transport  d’applications  haut  débit  dans   le  domicile  est  un  problème  non  négligeable  :   il   faudra  transmettre  des  flux   de   données   avec   des   débits   agrégés   pouvant   atteindre   10Gbit/s.   Diverses   technologies   de   fibre   optique   sont  considérées  dans  les  nouvelles  architectures  de  réseaux  domestiques  optiques  comme  les  fibres  plastiques,  multimodes  voire  monomodes  suivant  les  performances  en  bande  passante  demandée  et  en  pertes  tolérées.      Objectifs  d'ʹapprentissage  

-­‐‑   Lister   les   nouvelles   technologies   de   fibre   entrant   dans   les   futures   architectures   réseaux   domestiques  optiques.  

 

3-­‐‑ Nouvelles  technologies  émergentes  d’architecture  de  réseaux  optiques  (2  ECTS  ou  20  heures)  

À  déterminer.  Thématiques  :  SDN  dans  les  réseaux  optiques,  plan  de  contrôle  (FIXME  devrait  être  dans  le  module   obligatoire,   à   échanger  ;   FIXME   protocole   MPLS),   fonctions   tout-­‐‑optiques,   autres   sujets  prospectifs.  

 III  –  Interactions  avec  les  autres  modules    

Attendus   de   la   thématique   photonique  :   savoir   lister   différentes   technologies   de   chaque   type   de  composants   utiles   aux   réseaux,   et   l’ordre   de   grandeur   de   leurs   performances   système   (efficacité  énergétique,  dégradations  subies  par  le  signal…)  

• Lasers  (de  λ  fixe  ou  accordable),  modulateurs,  photorécepteurs.  • Multiplexeurs/démultiplexeurs  WDM,  coupleurs/diviseurs  passifs.  • WSS  (wavelength-­‐‑selective  switch)  voire  systèmes  ROADM  

 

Attendus  des  thématiques  transmissions  /  théorie  de  l’information:  

• Expliquer  le  principe  d’une  transmission  sur  fibre  optique  et  les  dégradations  subies  par  le  signal  optique  (dispersions  chromatique  et  de  polarisation,  non-­‐‑linéarités…)  

• Lister   les   différentes   techniques   de   modulation   et   multiplexage   utilisées   et   quantifier   leur  sensibilité  aux  dégradations  (bilan  de  liaison,  portée  maximale  liée  à  la  dispersion,  diaphotie  due  aux  modulations  croisées  en  WDM…)  

• Quantifier  l’efficacité  spectrale  d’un  type  de  modulation  ou  multiplexage  (classique  NRZ-­‐‑OOK  en  WDM,  OFDM  +  superchannels…),  dimensionner  un  système  de  transmission.  

UE Nanodis2 : Nanophotonics Main Professors: Delphine Marris-Morini

Aims: The objective of this module is to train students in the fields of nanophotonics and its applications through the study of the properties of light propagation in nanostructured envionments as well as the benefits from nanostructures for optoelectronics.

Plan lessons:

I-Photonic integrated circuits

Properties of light waves

Guiding, photonic integrated circuits : building blocs

Example of application : silicon photonics

II-Propagation of light in nanostructured environments

Photonic crystals

Plasmonics

Metamaterial

III-Photonics active devices

Nanostructures for optoelectronics (quantum well, quantum dots, nanowires)

Cours TD TP 24 3

Teachers: D. Marris-Morini Prerequisites: Physical optics (end level L3), electromagnetism (end level L3)

Knowledge check: written assignments, bibliographic record ___________________________________________________________________________ Hours: 30h ECTS : 3 ___________________________________________________________________________ Courses given in English

 

 

   

1. UE Nanodis10 : Optoélectronique Responsable : Adel Bousseksou type d’UE : CM + TD + TP

Objectifs : Ce module porte sur les composants optoélectroniques fonctionnant aux longueur d’ondes des télécommunications optiques (proche infra-rouge), allant des aspects fondamentaux concernant l’interaction lumière/matière jusqu’à l’étude des composants optoélectroniques à semiconducteurs. La montée en fréquence de ces composants jusqu’à des débits de transmission de plusieurs dizaines de Gbit/s sera particulièrement étudiée.

Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP

20/48

• •

• •

Les circuits intégrés photoniques : o Guidage de la lumière o Composants optiques passifs : diviseurs, filtres, etc...

Les composants optoélectroniques : o Interaction lumière/matière o Laser à semiconducteurs o Modulateur

o Photodétecteur o Problématique de la montée en fréquence des composants

optoélectroniques Lignes de transmission et guides d’ondes hyperfréquences Composants optoélectroniques hyperfréquences

15 h

9h 8h

Modules des 4 parcours du Master 2 Nanosciences Saclay

Enseignants : A. Bousseksou (MC), D. Marris-Morini (MC)

Prérequis : Mise en commun : --- Nombre maximum d’inscrits : ---

Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 30 h ECTS : 3

 

  

2014‐2015  Advanced Photonics  Semestre  Seq.3

:  M2 OMP modules optionnels

 

Teachers :  Coordinator : Henri Benisty (IOGS)Co‐teachers : Henri BENISTY, Robert KUSZELEWICZ (Paris 5), Ariel LEVENSON (LPN, CNRS), Giuseppe LEO (Paris 7, MPQ)

Course type   30 h CM : 25,5 hours TD : 4,5 hours

3 ECTS 

Language of tuition 

English only

 

Course Objectives: The Objective of this course is to show how semiconductors and their peculiarities such as excitons or intersubband transitions intervene in novel frontiers of photonics : nonlinear optical signal processing, and quantum structures such as quantum cascade lasers. 

 

Course prerequisites  Basics of laser diode (Fabry-perot), gain media, electro-optic media, basis of optical telecommunications (fibres, modes of fibres, transmission rates) . Book --> "Fundamentals of Photonics" de B.A. Saleh & M.C. Teich (Wiley) (2nd Ed : 2007) 

 

Syllabus 1) Wave coupling, semiconductor emblematic devices (H. Benisty) (6h) : Description of wave coupling and of semi-conductors and quantum wells. ; Study as a general basis of the application of these concepts onto some emblematic devices (QW laser,DFB, VCSEL,QD laser) 2) Semiconductor linear properties of basic and advanced structures (A. Levenson, R. Kuszelewicz) Electronic & optical properties of quantum well Electronic & optical properties of wires and quantum dots Fabrication and technologies Periodical structures : optical properties 3) Nonlinear optics of semiconductors : phenomena & applications (A. Levenson, R. Kuszelewicz) Intrinsic versus dynamical nonlinearities Second order intrinsic nonlinearities Nonlinear effects in vertical cavity systems Nonlinear effects governed by the dynamics of material excitations Spatio-temporal effects and NLO Second Harmonic Generation, and other second order NL applications Nonlinear Photonic Crystals Spatial solitons and applications to all optical logic 4)Quantum semiconductor structures (G. Leo) Based on low-dimensional physics of electrons and photons, we will underline the possibilities gained from band engineering to exploit intraband transitions from THz to mid infrared les transitions intrabandes entre les THz et l’infrarouge moyen ; Two emblematic devices based on intersubband transitions will be outlined ; QWIP detectors and quantum cascade lasers, of high interest for molecule sensing, etc. A more prospective course will be dedicated to integrated single photon sources or twin photons, for quantum optics and cryptography applications. 

 

On completion of the course students should be able to: - to grasp which phenomena are involved when a publication concerns nonlinear photonics with semiconductors, understand the reasons why geometries and dimensionalities are carefully exploited and leveraged in large classes of such devices to improve their performances. Understand why in some cases it is even necessary just to have those devices working.

 

Bibliography « The principles of nonlinear optics », Y.R. Shen (Wiley-Interscience) ; « Wave Mechanics applied to semiconductor heterostructures, » G.Bastard (Springer) - Quantum semiconductor Structures : Fundamentals and applications, C. Weisbuch and B. Vinter (Academic Press); « Optoélectronique » E. Rosencher and B. Vinter, Paris: Masson, 1997.

 

Assessment  Oral examination on the basis of the analysis of dedicated scientific papers, with a whole 3h devoted to preparation by prepared short talks given/asked by binoms.

 

 

2014‐2015  Fonctions et intégration photonique  Semestre  Seq.3

:  M2 OMP modules optionnels

 

Enseignant(s) :  Resp:Henri BENISTY (IOGS/U‐PSUD)Intervenants: Henri BENISTY (IOGS) ; Mme B'atrice Dagens (IEF,CNRS), M. Guang Hua DUAN (III‐V Lab), M. Daniel DOLFI (Thales TRT) 

Type enseignement  

30 h ;      CM 30 h + soutien personnalisé sur analyse d'articles 3 ECTS 

Langue:  Français 

 

Objectifs du cours: Expliciter les principes de fonctionnement et les technologies des dispositifs photoniques semi-conducteurs, dans une perspective d’intégration. On s’appuiera d’abord sur un cas mature, les télécoms optiques pour les réseaux actuels puis on verra les tendances émergentes prochainement déployées. On donne dans la fin du cours les méthodes de traitement du signal par voie électro-optique et acousto-optique, telles qu’elles sont utilisées au-delà des télécom en photonique micro-onde et dans les lidars.

 

Pré‐requis : Diode laser de base (Fabry-Perot), milieux à gain et électro-optiques, bases des télécoms optiques (fibres, modes, débit)  ‐‐> Ouvrage "Fundamentals of Photonics" de B.A. Saleh & M.C. Teich (Wiley) (2nd Ed : 2007) 

 

 

Contenu du cours 1) Couplages d’ondes, dispositifs emblématiques (6h, H. Benisty) :

Rappel des descriptions de couplage d’onde et de semi-conducteur. Application de ces concept au travers de dispositifs emblématiques (QW laser,DFB, VCSEL,QD laser)

2) le cycle performance – technologie des composants télécoms (Béatrice Dagens, IEF) • Détail des composants individuels puis intégrés : .Nous considérerons d’abord en détail le cas « élémentaire » du laser à semi-conducteur, pour introduire progressivement les principes physiques sous-jacents à l’ensemble des composants optoélectroniques, leur technologie de fabrication, les principes et les degrés de liberté de leur conception. Cela nous conduira jusqu’à l’intégration des composants en circuits photoniques et les compromis supplémentaires sur la conception liés à l’ensemble de la technologie. Nous aborderons également les autres technologies de composants optoélectroniques (verre, SOI, LiNbO3), et nous évoquerons les circuits photoniques développés pour des applications non télécom (bioplasmonique). Ces bases étant acquises, nous pourrons approfondir la physique du fonctionnement et certains principes de caractérisation des composants phares de l’optoélectronique évoqués au début du cours.

3) Composants télécom et datacom : tendances émergentes : (Guang-Hua DUAN, 3-5Lab) • On traitera dans cette partie plusieurs tendances observées ces dernières années dans le domaine de télécommunications et de data communication : le multiplexage et le routage en longueur d’onde, les nouveaux formats de modulation et l’intégration photonique sur silicium. Dans la partie multiplexage et routage en longueur d’onde l’accent sera mis sur les sources accordables en longueurs d’onde et la manipulation de la longueur d’onde (filtrage, routage, translation etc.). • Sur les nouveaux formats de modulation, on détaillera les circuits photoniques utilisant par exemple une combinaison de plusieurs interféromètres Mach-Zehnder. Sur l’intégration photonique sur silicium, on expliquera les différentes briques de base : laser, modulateur, photo-détecteurs, guides passifs sur silicium, etc. On montera plusieurs exemples d’intégration pour les applications en télécommunications et en "data communication".

4) Traitement du signal électro- et acousto-optique, applications micro-ondes et lidar (D.Dolfi -TRT Thales) • Phénomènes électro et acousto-optiques et applications : biréfringence induite dans les cristaux et les céramiques, opération en espace libre et en guidage de modes, modulateurs pour les télécom, commutation et balayage électro et acousto-optique de faisceaux lasers. • Propriétés optiques et électro-optiques des cristaux liquides : phases de cristal liquide, tenseurs optiques et électro-optiques, technologies des cellules de cristaux liquides. • Applications :afficheurs, vannes à lumières, optique non linéaire Comparaisons avec d’autres technologies, application au mélange d’onde dans les matériaux, holographie en volume – matériaux : photoréfractifs, à gain, Diffusion Brillouin stimulée ; application du mélange d’onde à l’amplification d’image et à la conjugaison optique. Applications au traitement du signal, au contrôle de faisceau laser, aux compensations d’effets thermiques • Liaisons électro-optiques, des télécoms aux radars. Principales caractéristique d’une liaison (gain, figure de bruit, linéarité, gamme dynamique) :des exigences systèmes à la physique du composant ; Applications au traitement optoélectronique de signaux radars (antennes intelligentes [phased array antennae], filtrage agile, corrélation, analyse spectrale, oscillateurs, horloges ultra-précises) ; Génération photonique et détection de signaux millimétriques (fréquence> micro-onde) et THz ; Principes de base des systèmes lidars. 

 

Compétences attendues à la fin de l’UE: A l’issue du cours, les élèves peuvent identifier au sein des dispositifs de l’optique intégrée courants à l’état de l’art les différentes briques de base, et dans chaque brique (confinement, réseau périodiques, boites quantiques), de comprendre pourquoi la valeur en proposée des paramètres a été au final adoptée.

 

Bibliographie - The principles of nonlinear optics, Y.R. Shen (Wiley-Interscience) - Wave Mechanics applied to semiconductor heterostructures, G.Bastard (Springer) – - Quantum semiconductor Structures : Fundamentals and applications, C. Weisbuch & B. Vinter (Acadeic Press) - H. C. Casey, Jr. and M. B. Panish, « Heterostructure Lasers », Academic Press, 1978 – - G. H. B. Thomson, « Physics of semiconductor Laser Devices », John Wiley, 1980 - Govind P. Agrawal, Niloy K. Dutta, « Semiconductor Lasers », Van Nostrand Reinhold, 2nd ed. 1993, - Philippe Brosson, « Semiconductor lasers and integrated devices », Les Houches, summer school on « lasers and applications », June 2000. 

 

Modalités d’évaluation Examen à base d'analyse d'un article avec interrogation orale sur son contenu et le contenu du cours en relation avec cet article

 

Advanced and Next Generation OpticalTransmission Systems

Semester 1

Contributes to M2 ROSP

Course director: Yann Frignac and Yves JaouenCourse teachers: Yann Frignac, Yves Jaouen, Zeno Toffano, ...Volume: 21 hours 2 ectsPeriod:Assessment: Final Exam, Lab work scoresLanguage of tuition: English or French

Course Objectives:Know the technologies that will supply extreme capacity demand while having the best energy efficiency. Advancedamplification techniques, future spatial multiplexing techniques, design and application of specialty fibers, tunablecapacity transmitters and receivers. Acquire the ability of modeling transmission systems.

Course Prerequisites:• Optical information propagation and point-to-point transmission system (M2 module)• Matlab programming.• Spatial and Fourier optics.

Syllabus• Chapter 1 : Spatially multiplexed transmission systems (3h lecture). Multicore and multimode fibers.Spatial multiplexer and EDFA technologies, MCF and FMF transmission systems. Coherent DSP techniqueadaptations. Cost per bit reduction and energy saving. Spatial and spectral information density.

• Chapter 2 : Advanced amplification schemes (3h lecture). Raman amplification. Parametric and Phasesensitive amplification. Semiconductor Optical Amplifiers (SOA).

• Chapter 3 : Next generation fibers (3h lecture). FMF and MCF fiber for coupled or uncoupled SDMtransmissions. Design and applications of Photonic Bandgap Fibers.

• Chapter 4 : Elastic transmitter and receivers (3h lecture). Bit-rate adaptation for capacity demand,network routing constraints or energy saving. Superchannel concepts.

• Chapter 5 : Transmission systems modeling (9h simulation work). Optical transmission system simula-tion project.

On completion of the course students should be able to:• Objective 1 : Understanding the challenges of Spatial Division Multiplexing techniques, new large-bandamplification schemes and new fiber types.

• Objective 2 : Modeling transmission systems• Objective 3 : Optimize cost and energy saving for high bit rate transmission systems.

Digital Information Processing Semester 1Contributes to M2 ROSP

Course director: Prof. Ghaya Rekaya-Ben Othman (Telecom ParisTech)Course teachers: Prof. Philippe Ciblat (Telecom ParisTech)

Prof. Ghaya Rekaya-Ben Othman (Telecom ParisTech)Volume: 30 hours 3 ectsPeriod:Assessment: Final exam

Language of tuition: English or French

Course Objectives: The objectives of the course are to introduce the main solutions coming from digital commu-nications and signal processing to improve the quality of the optical fiber based transmission

Course Prerequisites:• Refresher course on digital communications• Course on point-to-point optical transmission systems (propagation part)

Syllabus• Optical fiber model (CD, PMD, PDL, PDM, nonlinearity based Volterra series, colored noise) with a digitalcommunications point-of-view, Differences with wireless links

• Fundamental limits through information theory tools: Shannon capacity, outage and interpretation. Whatcan you do with Channel State Information at the Transmitter (CSIT)? waterfilling

• Intersymbol interference mitigation– Viterbi algorithm– Linear and nonlinear equalization (ZF, MMSE, DFE), predistorsion and application to optical fiber.– OFDM and related detection– Frequency and Phase synchronization

• MIMO processing and polar-time coding– Blind equalization (CMA) : block and adaptive version– Polar-time coding and related metrics (rate, etc)– Alamouti code, Blast, Golden code and related performance, code design criterion– Multi-mode, multi-core based communications– Decoders

• Nonlinear processing based on inverse Volterra series and receiver architecture

On completion of the course students should be able to:• understand the influence of design paramters• understand the influence of fiber impairments on theoretical and practical performance• understand the main techniques improving the performance and select them in a smart way

Textbooks/bibliography:D. Tse, “Fundamentals of wireless communications”.A. Goldsmith, “Wireless communications”.J. Proakis, “Digital communications”.

 Course  code:      

Error  correcting  codes  and  coded  modulations  applied  to  optical  communications  

Semester  1  

Contributes  to:   M2  ROSP    Course  director:  Course  teachers  ;  

Frédéric  LEHMANN  (Télécom  SudParis)  and  Antoine  BERTHET  (SUPELEC)  Frédéric  LEHMANN  and  Antoine  BERTHET  

Volume:  Period:    

20  hours  Weeks  37-­‐50  with  written  examination  week  51.  

2    ects  

Assessment:    Language  of  tuition:   English  or  French  

   Course  Objectives:    

-­‐ Understand  the  basics  of  algebraic  coding  and  decoding  -­‐ Understand  the  basics  of  modern  coding  theory  and  the  associated  probabilistic  decoding  -­‐ Comprehend  the  performance  evaluation  techniques  of  error  correcting  codes  

 Course  prerequisites:      

-­‐ M1  level  course  in  Information  Theory  -­‐ M1  level  course  in  Digital  Communications  

 Syllabus  Chapter  1:  Introduction  to  algebraic  coding  and  finite  fields  (3h  -­‐  lecture)  

-­‐ Bloc  codes:  generator  and  parity  matrices  -­‐ Syndrome  decoding  -­‐ Families  of  algebraic  block  codes  

Chapter  2:  Finite  fields  (1h30  -­‐  lecture)  -­‐ Construction  of  Galois  fields  -­‐ Operations  in  a  Galois  field  (addition,  multiplication,  division)  -­‐ Minimal  polynomial  

Chapter  3:  Algebraic  codes  and  their  decoding  (3h  –  lecture  +  1h30  -­‐  tutorial)  -­‐ Cyclic  codes  and  their  encoding  using  the  generating  polynomial  -­‐ Classes  of  cyclic  codes:  BCH  and  Reed-­‐Solomon  codes  -­‐ Decoding  algorithms:  Peterson,  Forney,  Euclidian,  Berlekamp-­‐Massey  -­‐ Performance  bounds  

Chapter  4:  Factor  graphs  and  the  sum-­‐product  algorithm  (2h  -­‐  lecture)  -­‐ Definition  of  a  factor  graph  -­‐ Computation  of  marginal  probabilities  using  the  sum-­‐product  algorithm  -­‐ Correctness  of  the  sum-­‐product  algorithm  on  an  acyclic  graph  -­‐ Performances  of  the  sum-­‐product  algorithm  for  decoding  block  codes  

Chapter  5:  LDPC  codes:  definition,  construction  and  decoding  (3h  -­‐  lecture)  -­‐ Construction  of  regular  LDPC  codes  -­‐ Tanner  graphs  and  the  sum-­‐product  algorithm  for  decoding  LDPC  codes  -­‐ Complexity  reduction  techniques  

Chapter  6:  Performance  analysis  of  LDPC  codes  (3h  –  lecture  +  3h  –  practical  work)  -­‐ Weight  enumerating  functions  of  ensembles  of  codes  -­‐ Upper  bounds  on  the  performances  of  ensembles  of  codes    -­‐ Convergence  analysis  of  sum-­‐product  decoding  (density  evolution,  EXIT  charts)  -­‐ Codes  optimization  techniques  for  irregular  and  generalized  LDPC  codes  

   On  completion  of  the  course  students  should  be  able  to:  

-­‐ Parameterize  an  error  correcting  code  according  to  Shannon’s  channel  coding  theorem  -­‐ Implement  a  codec  for  algebraic  or  LDPC  codes  -­‐ Evaluate  the  performances  of  error  correcting  codes  in  the  context  of  optical  communications  

   Textbooks/bibliography:  

- D.J.C.  McKay,  Information  theory,  inference  and  learning  algorithms,  Cambridge  University  Press,  2003.  - C.  Heegard,  S.B.  Wicker,  Turbo  coding,  Kluwer  Academic  Publishing,  1999.  - B.  Vucetic,  Turbo  codes  :  principles  and  applications,  Kluwer    Academic  Publishing,  2000.  

 ASw  20110306    

 

Optical information propagation andpoint-to-point transmission systems

Semester 1

Contributes to M2 ROSP

Course director: Yann Frignac and Yves JaouenCourse teachers: Yann Frignac, Yves Jaouen, Zeno Toffano, ...Volume: 30 hours 3 ectsPeriod:Assessment: Final Exam, Lab work scoresLanguage of tuition: English or French

Course Objectives:From a capacity, distance and cost need, know how to design an adequate point-to-point transmission system,using high spectral efficiency modulation formats and counteracting long-haul optical propagation impairments.

Course Prerequisites:• Waveguide optics, fibre optics and propagation modes.• Light polarization, Jones, Stokes and Poincaré’s sphere, optical propagation in anisotropic media.• Devices for photonic systems : laser, modulators, mux, photoreceivers, optical amplification and filters.• Digital communication, Additive White Gaussian Noise channel , Nyquist criterium, pulse shaping and matchfiltering, complex modulation formats and Bit Error Probability estimations.

Syllabus• Chapter 1 : Overview of an optical transmission system setup (4.5h lecture, 3h lab work). Historical

evolution of fiber optic transmission, growth of the need for capacity, review of technology breakthrough.Transmission setup from transmitter to receiver. Wavelength Division Multiplexing (WDM) principle. Op-tical amplification and Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR). Transmission system types from access tosubmarine ones. Transmission quality criteria.

• Chapter 2 : Transmitter and Receiver design (4.5h lecture, 3h lab work). Design of transmitters, lasersources, direct or external modulation, modulators setup and driving, modulation format implementations.Design of receivers, optical filter, photodiodes, noises, direct or coherent detection. OSNR receiver sensitivityfor different modulation formats.

• Chapter 3 : Optical propagation in fibers (6h lecture, 3h simulation work). Physical constraints of singlechannel signal propagation, linear effects (loss, dispersion and Polarization Mode Dispersion) , nonlineareffects (Kerr, Raman, Brillouin). Physical constraints of WDM transmission, dispersion wavelength depen-dency, amplification bands, linear and nonlinear cross-talks. Additional cumulative Amplified SpontaneousEmission (ASE) noise.Transmission modeling, temporal and spectral representation of signals, constellations,NonLinear Shrödinger Equation (NLSE) and numerical solving. Steps for designing transmission systems.

• Chapter 4 : Transverse view on new optical coherent transmission systems (3h lecture, 3h lab work).Recall of the principle of coherent detection and complex modulation formats. Coherent mixer analysisand digital signal processing chain. Electronic dispersion compensation, PMD compensation and electronicpolarization demultiplexing, phase and data recovery.

On completion of the course students should be able to:• Objective 1 : Know and implement photonic devices and subsystems for transmissions.• Objective 2 : Design optical transmitter and receiver for all kind of modulation formats.• Objective 3 : Understand propagation signal impairments and know how to compensate or mitigate them.• Objective 4 : Find the cost effective transmission system design that answers a capacity and distancetransmission requirement.

Textbooks/bibliography:• Govind, P. Agrawal,"Nonlinear Fiber Optics", 4th edition, Academic Press, 2006.• Govind, P. Agrawal,"Fiber Optic Systems", Academic Press, 2002.• Ivan Kaminow et al., "Optical fiber communication", IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, VB, VIA, VIB, AcademicPress, from 1988 to 2013.

• Irene and Michel Joindot, "Les Télécommunications par fibres optiques", Dunod, 1996.• Zeno Toffano, "Optoélectronique : composants photoniques et fibres optiques", Ellipses.