Electro-optic chaos via differential phase modulation : application to physical layer protection of 10 Gbps optical communications (Chaos électro-optique par modulation différentielle de phase : application `a la sécurisation de la couche physique des transmissions optiques `a 10 Gb/s)

Lavrov, Roman - (2010-08-20) / Université de Franche-Comté Electro-optic chaos via differential phase modulation : application to physical layer protection of 10 Gbps optical communications en : Anglais Directeur(s) de thèse:  Larger, Laurent; Jacquot , Maxime Laboratoire : FEMTO-ST - Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies Ecole doctorale : SPIM Classification : Sciences de l'ingénieur

URL d'accès :  http://indexation.univ-fcomte.fr/nuxeo/site/esupve... Mots-clés : Chaos, oscillateur optoéletronique à retard, synchronisation entre chaos, non linéarité non locale, modulation de phase, optique, DPSK, équation différentielle non linéaire à retard, télécommunications optiques, transmissions sécurisées Résumé : Ce travail de thèse concerne une étude numérique et expérimentale d’une application du codage par chaos aux télécommunications optiques haut-débit. La démonstration expérimentale a été réalisée à l'aide d'une nouvelle architecture électro-optique inspirée de la dynamique d’Ikeda, mais utilisant une modulation de phase électro-optique chaotique. de 2a lumière. La dynamique chaotique est obtenue entre autre grâce a l'utilisation d'une conversion non linéaire de la phase vers l'intensité, réalisée par un démodulateur DPSK (interféromètre à deux ondes déséquilibré), typiquement utilisé en télécommunication optique par modulation différentielle de phase. L’utilisation d'un tel composant conduit à l’introduction d'une non linéarité non locale dans le temps, dans l'équation intégro-différentielle retard décrivant l'évolution de la dynamique de l’oscillateur optoélectronique. La simulation numérique de cette dynamique a été faite en utilisant des équations aux différence de filtres numériques dans des conditions de sur-échantillonnage, permettant ainsi de prendre en compte l'ordre élevé de l'équation différentielle effectivement impliquée dans l'expérience. Les résultats de simulation sont en très bon accord avec les observations expérimentales, et ont permis d'élucider certaines particularités des solutions de ce type de dynamique. Nous avons étudié les propriétés de synchronisation de la porteuse chaotique par un récepteur construit en copiant en boucle ouverte l'architecture d’émetteur-générateur de chaos. La sensibilité de cette synchronisation distante entre chaos a été explorée en fonction des écarts entre paramètres, et en fonction de diverses distorsions introduites par un canal de transmission. Le codage, la transmission, et le décodage d'un signal binaire DPSK, a été réalisée. Le montage final a été éprouvé dans des conditions réalistes de terrain, au travers d'expériences réalisées sur des réseaux optiques installés (réseau des frères Lumière de Besançon, et réseau métropolitain d’Athènes), au débit record de 10 Gb/s pour ce type de liaison masquée 1 par chaos, ct sur des distances de plus de 12.0 km. L'intégration du montage, l’utilisation de composants dédiées, ainsi que des topologies plus avancées de générateur‘ de chaos utilisant ce même principe, sont discutés et proposés. Résumé (anglais) : This work is devoted to study numerically and experimentally application of chaos encoding to high-speed communications. This is achieved using a new electro-optic setup inspired by the Ikeda system, with light phase being chaotically modulated, and making use of differential phase shift keying (DPSK) demodulation (typically an imbalanced two-wave interferometer), in order to perform a phase-to-intensity nonlinear conversion of chaotic signal. Use of such device results in temporarily nonlocal nonlinearity, yielding in specific chaotic dynamics described by an integro-differential nonlinear delayed equation with a nonlocal term. A use of digital filters, under oversampling conditions, is proposed to simulate numerically the dynamics, thus allowing to take into account the actual high order of the differential equation ruling the experimental oscillator dynamics. The numerical results are in a good agreement with experiments, and allow clarifying certain typical observed behavior. Synchronization with a matched receiver, sensitivity to distortions, and parameter mismatch on synchronization and transmission of a DPSK message are studied. The final setup is evaluated in field conditions on standard installed fiber networks (the Lumière Brothers ring network in Besançon, and the metropolitan network in Athens), where a record 10 (chaos-masked transmission is obtained over up to 120 km link. Setup integration capabilities, use of custom devices as well as perspective topological modifications of the setup are discussed. Identifiant : UFC-937

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