Comptes Rendus
no. 1
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 Desurvire1
1 Alcatel Submarine Networks, Centre de Villarceaux, 91625 La Ville du Bois, France
Comptes Rendus. Physique, Volume 4 (2003) no. 1, pp. 11-28.

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.

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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
Emmanuel Desurvire 1

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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/

[1] C.E. Shannon Bell Systems Tech. J., 27 (1948), pp. 379-423 (and 623-656 and references [1,2] therein)

[2] J.B. Stark; P. Mitra; A. Sengupta Optical Fiber Technology, 7 (2001) no. 4, p. 289

[3] E. Desurvire Optical Fiber Technology, 8 (2002) no. 4, p. 210

[4] E. Desurvire; B. Desthieux; D. Bayart; S. Bigo Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Device and System Developments, Wiley, New York, 2002

[5] S. Bigo; Y. Frignac; J.-C. Antona; G. Charlet; S. Lanne C. R. Physique, 4 (2002)

[6] O. Gautheron; M. Suyama C. R. Physique, 4 (2003)

[7] O. Ait-Sab; H. Bissessur C. R. Physique, 4 (2003)

[8] A. Hasegawa Optics & Photonics News, 13 (2002) no. 2, p. 33

[9] S. Turitsyn; E.G. Shapiro; S.B. Medvedev; M.P. Fedoruk; V.K. Mezentsev C. R. Physique, 4 (2003)

[10] O. Leclerc; B. Lavigne; D. Chiaroni; E. Desurvire Optical Telecommunications IV (I.P. Kaminow; T. Koch, eds.), Academic Press, 2002 (Chapter 15)

[11] O. Leclerc; B. Lavigne; E. Balmefrezol; P. Brindel; L. Pierre; D. Rouvillain; F. Seguineau C. R. Physique, 4 (2003)

[12] P. Nouchi; L.-A. de Montmorillon; P. Sillard; A. Bertaina; P. Guenot C. R. Physique, 4 (2002)

[13] D. Bayart C. R. Physique, 4 (2003)

[14] E. Desurvire Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Principles and Applications, Wiley, New York, 1994

[15] I. Abram; P. Grangier C. R. Physique, 4 (2003)

[16] E. Desurvire Optical Fiber Technology, 5 (1999) no. 1, p. 40

[17] E. Desurvire Optical Fiber Technology, 5 (1999) no. 1, p. 82

[18] E. Desurvire Optical Fiber Technology, 6 (2000) no. 2, p. 199

[19] J.P. Gordon; L.F. Mollenauser IEEE J. Lightwave Technology, 9 (1991) no. 2, p. 170

[20] E. Desurvire Electron. Lett., 38 (2002) no. 17, p. 983

[21] E. Desurvire; O. Leclerc Optical Fiber Technology, 6 (2000) no. 3, p. 230

[22] O. Leclerc; E. Desurvire Opt. Lett., 23 (1998) no. 18, p. 1453

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