Quantum and nonlinearity limitations of the optical communication channel

Emmanuel Desurvire

doi:10.1016/S1631-0705(02)00002-6

Optical telecommunications/Les télécommunications optiques

Quantum and nonlinearity limitations of the optical communication channel
[Limites de bruit quantique et de non-linéarité du canal de communication optique]

Présenté par : Guy Laval

Emmanuel Desurvire ¹

¹ Alcatel Submarine Networks, Centre de Villarceaux, 91625 La Ville du Bois, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 4 (2003) no. 1, pp. 11-28.

Résumé
Abstract

Nous analysons les limites en capacité d'information des communications par canal optique, telles que déterminées par l'accumulation du bruit d'amplification optique et de mélange à quatre-ondes non-linéaire. Nous revoyons les notions de rapport signal-à-bruit et d'entropie concernant les communications à codage binaire ou continu, lesquelles conduisent à la capacité ultime d'un canal optiquement amplifié. Un modèle quantique unifié, décrivant les limitations dues à l'amplification et à la non-linéarité, permet de déterminer la fenêtre de puissance signal à l'intérieur de laquelle la capacité du canal peut être maximisée.

We analyze the information-capacity limitations of the optical communication channel, as determined by noise accumulation from optical amplification and nonlinear wave-mixing. We review the concepts of signal-to-noise ratio and entropy for binary-coded and continuous communications, leading to a definition of ultimate capacity for the optically-amplified channel. A unified quantum model, describing both amplification and nonlinearity limitations, makes possible to determine the power transmission window within which the channel capacity can be maximized.

Reçu le : 2002-12-02
Publié le : 2003-01-01

DOI : 10.1016/S1631-0705(02)00002-6

Keywords: Optical communications, Optical fibers, Fiber dispersion, Erbium-doped fiber amplifiers, Distributed amplification, Quantum noise, Information theory, Entropy, Equivocation, Shannon–Hartley theorem, Nonlinear Schrödinger equation, Fiber nonlinearity, Four-wave mixing, Wavelength-division multiplexing, All-optical regeneration
Mot clés : Communications optiques, Fibres optiques, Dispersion, Amplificateurs à fibre dopée à l'erbium, Amplification distribuée, Bruit quantique, Théorie de l'information, Entropie, Équivocation, Théorème de Shannon–Hartley, Équation de Schrödinger non-linéaire, Nonlinéarité des fibres, Mélange à quatre ondes, Multiplexage en longueur d'onde, Régénération tout-optique

Affiliations des auteurs :

Emmanuel Desurvire ¹

¹ Alcatel Submarine Networks, Centre de Villarceaux, 91625 La Ville du Bois, France

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Emmanuel Desurvire. Quantum and nonlinearity limitations of the optical communication channel. Comptes Rendus. Physique, Volume 4 (2003) no. 1, pp. 11-28. doi : 10.1016/S1631-0705(02)00002-6. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/S1631-0705(02)00002-6/

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