Amplificateurs et régénération : EDFA, Raman, SOA, OEO

Une paire de transceivers achemine un signal aussi loin que son bilan de puissance et sa tolérance à la dispersion le permettent — 10 km pour LR, 80 km pour ZR, 120 km pour un 400ZR amplifié. Au-delà, quelque chose dans la ligne doit restituer ce que la fibre a prélevé : un amplificateur optique qui relève toutes les longueurs d’onde à la fois sans toucher aux données, ou un régénérateur qui reçoit le signal électriquement et le retransmet. Cette page traite du moment où le bilan s’épuise, des types d’amplificateurs et de leurs chiffres, de leur position sur la ligne, de la façon dont le bilan de puissance devient un bilan d’OSNR une fois des amplificateurs présents, de ce qu’exige l’exploitation d’une ligne amplifiée, et de comment choisir entre amplification, régénération et module cohérent.

Quand le bilan du transceiver s’épuise

Technologie	Portée non amplifiée	Ce qui l’étend
10G LR / ER / ZR	10 / 40 / 80 km	compensation de dispersion et un EDFA jusqu’à 100–150 km ; systèmes de ligne DWDM au-delà
100G LR4 / ER4 (détection directe)	10 / 40 km	aucune — passer au cohérent pour des tronçons plus longs
Modules enfichables cohérents 100G–400G (ZR, ZR+)	40 km (400ZR non amplifié, ≤ 11 dB)	une paire d’EDFA jusqu’à 120 km (ZR), chaînes d’amplificateurs jusqu’à 1 000+ km (ZR+, OpenZR+) (Cohérent longue distance)
10G DWDM sur un multiplexeur	80 km par tronçon avec des EDFA	chaînes d’EDFA avec modules de compensation de dispersion jusqu’à 400–600 km, puis régénération
Transpondeurs cohérents	80–120 km par tronçon	chaînes d’EDFA et de Raman, ROADM, 1 000–3 000 km par section de régénération
PON, classe C+	20 km, 1:32–1:64	prolongateurs de portée (ITU-T G.984.6) jusqu’à 60 km, ou des taux de répartition plus élevés
Multimode	100–400 m	jamais amplifié — un commutateur ou un convertisseur de médias régénère

Types d’amplificateurs

Type	Principe	Bande	Gain et puissance de sortie	Facteur de bruit	Remarques
EDFA (amplificateur à fibre dopée à l’erbium)	quelques mètres de fibre dopée à l’erbium, pompée à 980 ou 1480 nm ; le signal stimule l’émission	bande C 1 530–1 565 nm ; variantes en bande L 1 565–1 625 nm	gain de 15–35 dB ; +17 … +23 dBm de puissance de sortie totale, boosters jusqu’à +27 dBm	4–6 dB	le cheval de bataille ; monocanal ou multicanal ; filtres d’égalisation de gain, gain variable, contrôle des transitoires pour l’insertion/extraction de canaux (Composants DWDM)
Raman (distribué)	une pompe à environ 100 nm au-dessous du signal (≈ 1 450 nm pour la bande C) est injectée dans la fibre de transmission, généralement en sens inverse du signal ; la fibre elle-même amplifie sur ses premiers 20–40 km	toute bande que la pompe permet	10–15 dB de gain distribué	facteur de bruit effectif inférieur à celui d’un EDFA — OSNR meilleur de 3–5 dB par tronçon	pompes +27 … +30 dBm, Classe 4 — la propreté des connecteurs et l’APR sont essentielles à la sécurité (Sécurité et manipulation) ; Raman-EDFA hybride pour tronçons longs ou sans répéteur (300+ km)
SOA (amplificateur optique à semi-conducteur)	une puce laser sans miroirs ; pompée électriquement	toute bande, y compris la bande O à 1 310 nm	10–20 dB ; +10 … +13 dBm	7–9 dB	rapide, petit, économique ; prolongateurs de portée PON et mode rafale ; un gain dépendant du motif limite l’usage en DWDM
Amplificateur pompé optiquement à distance (ROPA)	une bobine d’erbium non alimentée dans la ligne, pompée depuis le terminal à travers la fibre	bande C	10–15 dB	—	tronçons sous-marins et désertiques sans répéteur
Régénérateur 3R (OEO)	recevoir, retemporiser, remettre en forme, retransmettre — deux transpondeurs dos à dos	par canal	réinitialise l’OSNR, la dispersion, la PMD et la distorsion non linéaire	—	coûteux par canal et ajoute de la latence ; nécessaire lorsque l’amplification seule n’atteint plus l’OSNR requis
Régénérateur 2R, convertisseur de médias	réamplifie et remet en forme électriquement, sans nouvelle horloge	par canal	réinitialise la puissance et le diagramme de l’œil	—	petites liaisons ; un port de commutateur est le régénérateur du quotidien (Équipement de transport et d’accès)

Position des amplificateurs sur la ligne

Position	Fonction	Valeurs typiques
Booster (post-amplificateur) après le multiplexeur au terminal d’émission	élever les canaux combinés à la puissance de lancement	+17 … +20 dBm au total, 0 … +3 dBm par canal
En ligne (amplificateur de ligne) à chaque tronçon	compenser la perte du tronçon	tronçon de 80–120 km, perte de 20–28 dB ; gain réglé pour l’égaler ; accès intermédiaire pour un module de compensation de dispersion dans les lignes 10G historiques
Préamplificateur avant le démultiplexeur au terminal de réception	élever les canaux faibles au-dessus du bruit du récepteur	−25 dBm par canal en entrée, −5 dBm en sortie ; améliore la sensibilité effective de 10 dB et plus
Raman distribué à l’extrémité réception d’un tronçon	abaisser le facteur de bruit effectif, allonger le tronçon	20–40 km de gain distribué
Site d’amplification	un abri ou une armoire alimentés, avec batteries, refroidissement, le terminal OSC et la surveillance	tous les 80–120 km sur les liaisons longues (Topologies de réseau fibre)

Du bilan de puissance au bilan d’OSNR

Chaque amplificateur ajoute de l’émission spontanée amplifiée — du bruit — à chaque étage. Une fois des amplificateurs présents dans la ligne, le récepteur est limité par le rapport signal/bruit optique, et non plus par la puissance.

Formule	Signification
OSNR_span [dB, 0,1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]	l’OSNR après un tronçon et un amplificateur
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N	N tronçons identiques
OSNR requis : 10G NRZ ≈ 15–18 dB ; 100G DP-QPSK avec FEC à décision souple ≈ 12–15 dB ; 400ZR ≈ 26 dB ; 400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB	ce dont le récepteur a besoin

Exemple : 0 dBm par canal, tronçons de 22 dB, facteur de bruit de 5 dB → 31 dB par tronçon ; trois tronçons → 26,2 dB, la limite du 400ZR ; dix tronçons → 21 dB, confortable pour le 100G DP-QPSK. Augmenter la puissance par canal gagne de l’OSNR jusqu’à ce que les effets non linéaires le reprennent — l’optimum se situe généralement entre 0 … +3 dBm par canal sur G.652 (Effets non linéaires, Amplification et OSNR).

Exploiter une ligne amplifiée

Élément	Pratique
Sécurité optique	Classe 3B/4 à chaque sortie d’amplificateur et pompe Raman ; la réduction automatique de puissance (APR, ITU-T G.664) coupe les pompes en cas de perte de signal ; ne jamais déconnecter un connecteur sous tension à haute puissance ; étiquettes de danger à chaque site
Propreté des connecteurs	à partir de +20 dBm, une face d’extrémité contaminée brûle et peut déclencher une fusion de fibre ; inspecter avant chaque accouplement (Inspection et nettoyage des faces d’extrémité)
Réflexions	isolateurs à l’intérieur des amplificateurs, connecteurs APC, ORL ≥ 24 dB sur la ligne ; une réflexion forte dans un EDFA le fait entrer en oscillation laser (Réflexions et affaiblissement de réflexion)
Surveillance des pompes	à puissance de sortie constante, le courant de pompe est l’indicateur de vieillissement ; cartes de pompe ou amplificateurs entiers de rechange
Gain et inclinaison	les filtres d’égalisation de gain et l’égalisation dynamique de gain maintiennent 40–96 canaux dans une plage de 1–2 dB ; l’inclinaison augmente avec le Raman et le nombre de tronçons
Insertion et extraction de canaux	le contrôle des transitoires empêche les canaux restants de subir un pic lorsque d’autres disparaissent ; ajouter les canaux selon la procédure
Canal de supervision optique (OSC)	une longueur d’onde séparée, typiquement 1 510 ou 1 610 nm, terminée à chaque site d’amplification, transportant la gestion, les alarmes et la télémétrie de perte de tronçon (Surveillance et gestion)
Alimentation et environnement	−48 V CC avec 4–8 heures de batterie, refroidissement, capteurs de porte et de température sur les sites non surveillés
Caractérisation de la fibre d’abord	la perte de tronçon, l’ORL, la dispersion, la PMD et l’aire effective déterminent le plan d’amplification (Caractérisation de la fibre)

Choisir entre amplification, régénération et cohérent

Situation	Choix
10G monocanal, 80–100 km	un module 10G ZR, ou LR/ER avec un EDFA et compensation de dispersion
10G DWDM, 200–400 km, historique	chaîne d’EDFA avec modules de compensation de dispersion ; envisager un remplacement par du cohérent
100G, 80–120 km	module enfichable 400ZR/100G ZR avec une paire d’EDFA — la réponse moderne la plus simple
100G–400G, 500–2 000 km	transpondeurs cohérents ou ZR+ avec chaînes d’EDFA et ROADM ; régénération seulement là où l’OSNR s’épuise
Sans répéteur, 250–400 km	boosters haute puissance, Raman, ROPA, cohérent
PON au-delà de 20 km ou fortes répartitions	prolongateur de portée ou optiques classe C++/E2 (Classes ODN)
Campus multimode au-delà de 400 m	un commutateur ou un convertisseur de médias comme régénérateur, ou de la fibre monomode
Toute liaison avec un déficit d’OSNR que les amplificateurs ne peuvent pas corriger	régénération 3R

Dans CodingBox

Les modules qui alimentent et terminent une ligne amplifiée restent des modules enfichables, et CodingBox lit ce qui compte à l’entrée de l’amplificateur : puissance de lancement, longueur d’onde exacte ou canal DWDM, plage d’accordabilité, classe de puissance. Un module cohérent signale aussi l’OSNR, la dispersion chromatique et le TEB pré-FEC via VDM — l’état de santé du système de ligne tel que le récepteur le voit — et CodingBox indique lesquels de ces observables le module annonce (Transceivers accordables, Métriques VDM et FEC, Check transceiver).

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