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.
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.
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Mots-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
Emmanuel Desurvire 1
@article{CRPHYS_2003__4_1_11_0, author = {Emmanuel Desurvire}, title = {Quantum and nonlinearity limitations of the optical communication channel}, journal = {Comptes Rendus. Physique}, pages = {11--28}, publisher = {Elsevier}, volume = {4}, number = {1}, year = {2003}, doi = {10.1016/S1631-0705(02)00002-6}, language = {en}, }
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/
[1] Bell Systems Tech. J., 27 (1948), pp. 379-423 (and 623-656 and references [1,2] therein)
[2] Optical Fiber Technology, 7 (2001) no. 4, p. 289
[3] Optical Fiber Technology, 8 (2002) no. 4, p. 210
[4] Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Device and System Developments, Wiley, New York, 2002
[5] C. R. Physique, 4 (2002)
[6] C. R. Physique, 4 (2003)
[7] C. R. Physique, 4 (2003)
[8] Optics & Photonics News, 13 (2002) no. 2, p. 33
[9] C. R. Physique, 4 (2003)
[10] Optical Telecommunications IV (I.P. Kaminow; T. Koch, eds.), Academic Press, 2002 (Chapter 15)
[11] C. R. Physique, 4 (2003)
[12] C. R. Physique, 4 (2002)
[13] C. R. Physique, 4 (2003)
[14] Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Principles and Applications, Wiley, New York, 1994
[15] C. R. Physique, 4 (2003)
[16] Optical Fiber Technology, 5 (1999) no. 1, p. 40
[17] Optical Fiber Technology, 5 (1999) no. 1, p. 82
[18] Optical Fiber Technology, 6 (2000) no. 2, p. 199
[19] IEEE J. Lightwave Technology, 9 (1991) no. 2, p. 170
[20] Electron. Lett., 38 (2002) no. 17, p. 983
[21] Optical Fiber Technology, 6 (2000) no. 3, p. 230
[22] Opt. Lett., 23 (1998) no. 18, p. 1453
Cited by Sources:
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