Le groupe de normalisation IEEE 802.3 travaille à la définition des interfaces interopérables 800GBASE-LR1 (≤ 10 km), 800GBASE-ER (≤ 20 km) et 800GBASE-ER1 (≤ 40 km) basées sur la technologie cohérente. L'Optical Internetworking Forum (OIF) définit également des accords de mise en œuvre (IA) pour les réseaux de centres de données (DCN), les interconnexions de centres de données (
DCI) et les réseaux métropolitains (MAN) basés sur cette même technologie. Suite au succès de l'IA 400ZR, utilisée dans les émetteurs-récepteurs enfichables cohérents pour les applications DCI en périphérie de réseau (≤ 80–120 km), le groupe travaille désormais à la définition de solutions cohérentes à plus haut débit pour la transmission de données à 800 Gbit/s (800LR/ZR) et 1,6 Tbit/s (1600LR/ZR/ZR+).
Les équipements de test et de mesure (T&M) peuvent être utilisés pour répondre aux exigences des normes grâce à la technologie cohérente. Les caractéristiques des émetteurs et récepteurs cohérents diffèrent sensiblement de celles des technologies DD : les émetteurs cohérents nécessitent un récepteur de référence (analyseur de modulation optique) qui intègre un traitement numérique du signal (DSP) important pour évaluer la qualité du signal émis.
Pour les récepteurs cohérents, la caractérisation repose sur l’application de signaux/modèles testés en contrainte à partir d’un émetteur de référence ou étalonné.
Cette note d’application décrit les tests nécessaires aux différentes phases du cycle de vie du produit,
depuis la recherche et le développement des composants et du DSP jusqu’à la caractérisation et la validation des modules enfichables cohérents
.

État de la technologie optique cohérente
Anatomie d’un émetteur-récepteur optique cohérent.
Les émetteurs-récepteurs optiques cohérents sont des dispositifs complexes conçus pour transmettre et recevoir des données à haut débit sur fibres optiques. Ces émetteurs-récepteurs utilisent souvent des formats de modulation avancés tels que la modulation par déplacement de phase binaire (BPSK), la modulation par déplacement de phase en quadrature (QPSK) et la modulation d’amplitude multiniveau en quadrature (QAM), par exemple 16QAM et 64QAM, qui sont plus efficaces que la modulation d’amplitude simple.

La figure 1 illustre l'anatomie d'un émetteur-récepteur optique cohérent. Ses principaux composants et leurs fonctions sont les suivants :
• Laser : Côté émetteur, un laser génère la lumière cohérente nécessaire à la transmission, tandis que côté récepteur, il sert d'oscillateur local pour générer un signal continu (CW) stable, lequel est mélangé au signal optique entrant. Ce mélange permet au récepteur d'extraire les informations d'amplitude et de phase du signal. Il est courant de diviser la lumière optique issue d'un seul laser afin d'intégrer
ces deux fonctions au sein d'un émetteur-récepteur optique cohérent. La pureté et la stabilité de ce laser sont essentielles aux performances de l'émetteur-récepteur. Les émetteurs-récepteurs cohérents utilisent généralement des lasers à rétroaction distribuée (DFB) ou des lasers à cavité externe (ECL). Ces lasers fonctionnent à des longueurs d'onde spécifiques, généralement dans la bande C (1530–1565 nm) et/ou la bande L (1565–1625 nm). Ces bandes de longueurs d'onde sont optimales pour les systèmes de communication optique longue distance à haut débit.

• Modulateur IQ à double polarisation (DP-IQM) : Ce dispositif se compose de deux modulateurs IQ et d’un guide d’ondes à multiplexage de polarisation. Les modulateurs IQ codent les données dans l’amplitude et la phase de la lumière, tandis que le guide d’ondes à multiplexage de polarisation combine les deux signaux modulés avec des états de polarisation orthogonaux. Les matériaux les plus courants sont le silicium photonique (SiP), le phosphure d’indium (InP) et le niobate de lithium en couches minces (TFLN). Le TFLN est particulièrement remarquable pour son fort effet électro-optique, sa large bande passante de transparence et sa bonne stabilité thermique. Les modulateurs IQ à double polarisation avancés peuvent atteindre des bandes passantes élevées (par exemple, 110 GHz et plus) et de faibles tensions de commande (par exemple, inférieures à 1 V), permettant des débits de données élevés et une génération de signaux écoénergétique. Ces modulateurs sont essentiels pour la transmission optique à haute capacité et longue distance, ce qui en fait un composant critique des réseaux optiques modernes.
• Récepteur cohérent : Les éléments constitutifs, notamment un récepteur hybride à 90°, des récepteurs équilibrés et un séparateur de faisceau polarisant, sont intégrés dans un seul boîtier. Contrairement à la détection directe traditionnelle, cette intégration permet la détection de l’amplitude et de la phase du signal optique entrant, ainsi que de sa polarisation. Les modes de polarisation permettent de doubler le débit de données, tandis que l’utilisation de l’amplitude et de la phase permet d’augmenter le nombre de bits par symbole transmis. Il en résulte des débits de données plus élevés et des distances de transmission plus longues.
• Photodétecteurs : Un récepteur optique cohérent comporte quatre photodétecteurs équilibrés utilisés pour convertir les signaux optiques en signaux électriques. Chaque photodétecteur équilibré est différentiel et intègre deux photodiodes afin d’améliorer la qualité du signal et de réduire le bruit. Les photodiodes sont généralement insensibles à la polarisation, ce qui signifie qu’elles peuvent traiter efficacement les signaux quel que soit l’état de polarisation de la lumière. Les conceptions actuelles peuvent gérer des débits de données très élevés, dépassant souvent 100 GHz.
• Amplificateurs de transimpédance (TIA) : Des circuits d’amplification sont utilisés pour amplifier les signaux électriques qui modulent la porteuse optique. Ils doivent garantir une linéarité élevée et un faible bruit afin d'assurer l'intégrité du signal transmis. Les amplificateurs à transimpédance (TIA) convertissent le courant généré par la photodiode en un signal de tension. Ils sont essentiels au maintien de l'intégrité du signal et à la minimisation du bruit. Les pilotes et les TIA hautes performances offrent une large bande passante, un faible bruit et une faible consommation d'énergie.
Ces composants permettent l'utilisation de récepteurs cohérents intégrés (ICR) et de modulateurs de pilotes cohérents à large bande passante (HB-CDM), qui prennent en charge des débits de données jusqu'à 800 Gbit/s et plus sur une seule longueur d'onde.

• Convertisseur numérique-analogique (CNA) et convertisseur analogique-numérique (CAN) : ces blocs convertissent les signaux entre les formats analogique et numérique pour le traitement et la modulation par la puce DSP. Les systèmes cohérents modernes nécessitent des CNA et des CAN avec des fréquences d'échantillonnage très élevées, dépassant souvent 200 Gbit/s, pour gérer les débits de données et les bandes passantes élevés impliqués. Les performances du CNA et du CAN ont un impact direct sur les performances globales du système. Les convertisseurs numérique-analogique (CNA) et analogique-numérique (CAN) haute résolution garantissent une meilleure fidélité du signal et un bruit réduit, essentiels au maintien de l'intégrité des données transmises et reçues. Les progrès de la technologie CMOS (semi-conducteur métal-oxyde complémentaire) ont permis le développement de CNA et CAN haute vitesse et haute résolution, plus économes en énergie et plus compacts, les rendant ainsi adaptés à l'intégration dans les émetteurs-récepteurs optiques cohérents.
Le traitement numérique du signal (DSP) assure des fonctions clés telles que la mise en forme d'impulsions, la compensation de dispersion, le démultiplexage de polarisation, la récupération de la phase porteuse et l'égalisation, garantissant l'intégrité des données transmises. De plus, la correction d'erreurs sans voie de retour (FEC) améliore la tolérance au bruit du système et permet des distances de transmission plus longues et
des débits de données plus élevés. Les DSP modernes gèrent également des fonctions avancées comme la modélisation probabiliste de constellations (PCS) et l'allocation dynamique de bande passante, optimisant ainsi les performances et la flexibilité des systèmes optiques cohérents. Les circuits intégrés spécifiques (ASIC) dédiés au DSP cohérent intègrent d'autres composants tels que les CNA et CAN. Cette intégration contribue à réduire la consommation d'énergie et l'encombrement.
Les émetteurs-récepteurs optiques cohérents intègrent une interface de contrôle et de surveillance permettant de gérer et d'optimiser leur fonctionnement, notamment le contrôle de la température et le suivi des performances.

Évolution de l'optique cohérente
: La classification traditionnelle de l'optique cohérente (générations 1 et 2, etc.) a évolué afin de mieux refléter les capacités et les applications des technologies de traitement numérique du signal (DSP) modernes. Une classification plus intuitive classe la technologie cohérente selon son débit de symboles typique et indique si l'émetteur-récepteur optique cohérent est optimisé pour les applications hautes performances (H) ou compactes (C).
Le tableau 1 récapitule les différentes générations d'optique cohérente.

Tableau 1. Génération d'optique cohérente. https://cignal.ai

La première génération d'optiques cohérentes, désignée Gen30, a été introduite en 2010 et prend généralement en charge des débits de symboles jusqu'à 30 Gbaud, permettant des débits de données de 100 à 200 Gbit/s. La modulation QPSK est utilisée pour atteindre 100 Gbit/s, tandis que la modulation 16QAM est utilisée pour 200 Gbit/s. Ces émetteurs-récepteurs sont utilisés dans diverses applications, notamment les réseaux métropolitains et les réseaux longue distance, où des débits de données et des distances modérés sont requis. Depuis la normalisation des interfaces 100GBASE-ZR dans la norme IEEE 802.3, cette génération est également utilisée dans les infrastructures de communication distribuée (DCI) et les réseaux de calcul haute performance. La technologie 100GBASE-ZR est généralement disponible sous forme de modules QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double-Density).
Les optiques Gen60 prennent en charge des débits de données allant de 400 à 600 Gbit/s. Cette génération d'optiques cohérentes bénéficie des progrès réalisés en matière de traitement numérique du signal (DSP), ce qui permet une meilleure efficacité spectrale, une portée accrue et des performances globales améliorées. Outre la modulation 16QAM, des formats de modulation avancés utilisant des PCS QAM d'ordre supérieur, tels que la 64QAM, sont introduits. Ces émetteurs-récepteurs sont utilisés dans divers scénarios, notamment les réseaux DCI, métropolitains, régionaux et longue distance. Ils sont particulièrement performants pour les applications exigeant
un débit de données élevé et une portée étendue. L'OIF 400ZR IA est basé sur l'optique Gen60. Le 400ZR est disponible sous forme de modules QSFP-DD ou OSFP (Octal Small Form-Factor Pluggable).
L'optique Gen90 prend en charge des débits de données allant de 600 Gbit/s à 800 Gbit/s. Cette génération d'optique cohérente bénéficie des progrès réalisés en matière de traitement numérique du signal (DSP), offrant ainsi des gains d'efficacité spectrale supplémentaires et utilisant des composants à bande passante plus élevée que la Gen60. Il s'agit d'une technologie brevetée, et aucune norme n'a été développée pour cette classe de vitesse.
L'optique Gen120 prend en charge des débits de données allant de 800 Gbit/s à 1,2 Tbit/s. En augmentant la capacité par laser et en optimisant les exigences matérielles, l'optique Gen120 vise à réduire le coût total par bit pour la transmission de données. Des technologies telles que les modulateurs SiP IQ et TFLN sont utilisées pour atteindre la bande passante et la qualité de signal nécessaires. Outre les types de liaisons couverts par la Gen60, la Gen120C cible les liaisons au sein des centres de données jusqu'à 10 km, offrant flexibilité et évolutivité. L'OIF 800ZR IA est basée sur l'optique Gen120. Les premières annonces concernant la Gen120P ont été faites en février 2023. Les déploiements commerciaux de la Gen120P devraient débuter en 2024/2025.
• L'optique Gen180 est conçue pour atteindre des débits de données allant jusqu'à 1,6 Tbit/s. Cette génération utilise le DSP le plus récent pour gérer le traitement complexe du signal. Comme la Gen90, la Gen180 devrait être propriétaire.
• La Gen240 est l'objectif du projet OIF 1600ZR/ZR+. Les discussions visant à définir un ensemble de spécifications communes pour cette génération d'optique cohérente ont débuté début 2024, et le projet vise une compétition en 2026/2027. La Gen240 a pour objectif de réduire davantage le coût total par bit pour la transmission de données, la technologie cohérente étant de plus en plus utilisée dans les centres de données. La Gen240P devrait prendre en charge des débits de transmission allant jusqu'à 2,4 Tbit/s avec des débits de symboles étendus jusqu'à 280 Gbit/s.

État actuel de la recherche en transmission optique :
les résultats récents d'expériences monoporteuses avec des débits de symboles supérieurs à 120 Gbit/s et des débits binaires nets de 800 Gbit/s et plus sont résumés dans la figure 2. Les démonstrations optiques en parallèle (B2B) sont représentées en rouge, tandis que les expériences de transmission sur fibres optiques sont représentées en bleu.
Les équipements de test et de mesure jouent un rôle crucial dans la recherche et le développement de la technologie optique de nouvelle génération. Le dispositif présenté dans la figure 12 est utilisé dans toutes ces expériences pour simuler le fonctionnement de l'émetteur-récepteur optique cohérent. Le générateur de formes d'onde arbitraires (AWG) haute vitesse et l'oscilloscope temps réel sont des composants essentiels pour la génération de signaux à haut débit binaire et à haut débit de symboles dans les laboratoires de recherche. Le
générateur AWG M8199B et les oscilloscopes temps réel UXR de Keysight ont permis de réaliser des recherches sur la transmission cohérente à porteuse unique au-delà de 200 Gbaud [1-6].
Le débit binaire net le plus élevé démontré à ce jour en transmission optique à porteuse unique est de 2,59 Tbit/s, soit un débit de symboles de 224 Gbaud en B2B et de 2,52 Tbit/s, soit 224 Gbaud sur 80 km de fibre monomode standard [5]. Un débit binaire net de 2,42 Tbit/s, soit 226 Gbaud sur 10 km de fibre monomode standard, a également été décrit dans la littérature [4].

1 M. Nakamura et al., « Transmission monoporteuse avec un débit binaire net supérieur à 2 Tbit/s basée sur un module amplificateur de bande de base InP-DHBT avec une bande passante supérieure à 130 GHz », ECOC 2022, Bâle, Suisse, 2022.
2 M. Nakamura et al., « Détection de signaux QAM supérieurs à 200 GBd basée sur une estimation de séquence à chemin limité par treillis prenant en charge la correction d'erreurs sans voie de retour à décision souple », OFC 2023, San Diego, Californie, États-Unis, 2023, doi : 10.1364/OFC.2023.M1F.2.
3 S. Almonacil et al., « Transmission cohérente mono-longueur d'onde de 260 GBaud sur 100 km de SSMF basée sur un nouveau générateur d'ondes arbitraires et un modulateur I/Q en niobate à couche mince », dans Journal of Lightwave Technology, vol. 41, n° 1, 2016. 12, p. 3674–3679, 15 juin 2023, doi : 10.1109/JLT.2023.3269740.
4 D. Che et al., « Transmission cohérente monomode à 2,4 Tb/s grâce à des CNA entièrement électroniques à 114 GHz avec entrelacement de bandes numériques », ECOC 2023, Glasgow, Irlande, Royaume-Uni, 2023.
5 H. Yamazaki et al., « Transmission monomode à 2,5 Tbps utilisant CSRZ-OTDM avec calibrateur numérique 8Å~4 », dans Journal of Lightwave Technology, doi : 10.1109/JLT.2024.3368209.
6 G. Huang et al., « Transmission cohérente monoporteuse 240 GBd-16QAM sur 120 km de fibre SSMF pour un système à bande passante limitée avec un débit de 1 échantillon/s et un traitement numérique du signal simple », OFC 2024, San Diego, Californie, États-Unis, 2024.

Tests de technologies optiques cohérentes :
la gamme de solutions de test de Keysight Technologies couvre l’intégralité du cycle de vie de la conception, de la recherche à la fabrication, en passant par la validation de la conception, les tests de conformité et les tests de protocole. Des équipements et des solutions de test de pointe permettent d’explorer les technologies émergentes bien avant la disponibilité des normes de mesure. Par la suite, grâce à son étroite collaboration avec les organismes de normalisation et à sa participation active à leurs travaux, Keysight propose des solutions de test leaders sur le marché, permettant la caractérisation et la validation rapides des conceptions de composants et de systèmes, en phase avec l’évolution des normes.
La figure 3 récapitule les types de tests disponibles pour les technologies optiques cohérentes. Le cycle de conception débute par le test des dispositifs électro-optiques, tels que les modulateurs IQ à double polarisation, les récepteurs cohérents, les amplificateurs, les TIA et les photodiodes. Durant cette phase, les composants sont caractérisés par la mesure de leurs paramètres fréquentiels.
Ils peuvent être encapsulés et connectés, ou testés directement sur la plaquette à l'aide d'un banc de test, comme c'est le cas pour les puces haute vitesse. Une fois les composants et sous-ensembles nécessaires disponibles, des tests de validation de principe de la génération optique cible sont réalisés. Keysight propose une gamme complète de configurations de générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG) et d'oscilloscopes temps réel pour répondre à diverses exigences de bande passante.
La dernière étape présentée est la validation et la caractérisation des modules enfichables cohérents complets aux niveaux physique et protocolaire (par exemple, les conceptions 400ZR et 800ZR).

Tests des composants électriques et optiques :
lors du développement et de l’évaluation de puces, d’interconnexions et de dispositifs optoélectroniques à très haute vitesse, les paramètres fréquentiels (bande passante, gain, planéité, perte de retour, etc.) constituent les indicateurs de performance les plus fondamentaux. L’analyse des paramètres de diffusion (paramètres S) représente une méthode efficace de vérification des composants optoélectroniques.

Tests de composants électroniques :
L’analyseur de réseau de performance (PNA) 7 et l’analyseur de composants à ondes lumineuses (LCA) sont des instruments essentiels pour effectuer ces mesures. Le PNA phare de Keysight est le N5291A, doté de quatre ports permettant de caractériser les canaux différentiels jusqu’à 120 GHz. Bien qu’il soit possible de réduire les réflexions en minimisant les pertes de retour aux hautes fréquences, l’analyse multi-domaine est désormais indispensable pour obtenir un environnement d’impédance bien contrôlé sur l’ensemble du canal. Par conséquent, l’utilisation d’un logiciel spécialisé, tel que le
système de test de couche physique (PLTS), en conjonction avec le PNA 120 GHz, peut fournir des informations précieuses, notamment la réflectométrie temporelle (TDR) pour les petites géométries, les diagrammes de l’œil pour les schémas de modulation PAM-4 et la sélection automatique des coefficients d’égalisation pour une recherche et un développement performants. Comme illustré dans la configuration de la figure 4, le PNA N5291A offre une précision et une incertitude supérieures pour les interconnexions utilisées dans les réseaux et les centres de données actuels. Un modèle de test type intègre de nombreux domaines d'analyse de données, notamment la fréquence, le temps, le diagramme de l'œil, la résistance, l'inductance, la capacité et la conductance (RLCG), la conversion de mode, ainsi que la simulation de préaccentuation et l'égalisation, le tout dans un format convivial. Ceci permet une optimisation complète du canal
avec une diaphonie réduite et une bande passante étendue afin de garantir les meilleures performances d'interconnexion possibles pour les systèmes Ethernet haute performance.

7. Les analyseurs de réseau PNA sont des analyseurs de réseau vectoriel (VNA) qui permettent une caractérisation complexe des dispositifs grâce à de multiples mesures effectuées via une connexion unique.

Tests des composants électriques/optiques :
Un défi particulier dans le domaine optique concerne des composants tels que le modulateur optique et le photodétecteur. Les performances du modulateur influent sur la qualité du signal converti de l'entrée électrique à la sortie laser de l'émetteur ; de même, les performances du photodétecteur influent sur la qualité du signal optique du récepteur reconverti en signal électrique. Les modulateurs de pointe, basés sur la technologie TFLN ou sur des modulateurs optiques à micro-anneaux en silicium, peuvent atteindre des bandes passantes supérieures à 100 GHz, tandis que celles des photodétecteurs peuvent être encore plus importantes.
Pour effectuer une vérification et une évaluation détaillées des caractéristiques de ces dispositifs sur toute la gamme de fréquences (y compris les caractéristiques d'atténuation hors bande), un analyseur de réseau laser (LCA) à large bande passante est nécessaire.
La figure 5 présente le système LCA N4372E avec une bande passante de 110 GHz. Le système comprend un analyseur de réseau vectoriel (VNA) et une tête d'extension pour ondes millimétriques permettant la génération et la réception de signaux électriques jusqu'à 110 GHz, ainsi que des têtes de test d'émission et de réception optiques et un contrôleur. Le logiciel de test des dispositifs optiques gère les procédures d'étalonnage électrique et optique et les tests des dispositifs. Il est compatible avec les
dispositifs opto-optiques (fibres optiques, amplificateurs optiques), électro-optiques (lasers, modulateurs), optoélectroniques (photodétecteurs) et même électroélectroniques (amplificateurs, contrôleurs).

de test électro-optique de plaquettes
pour les circuits intégrés photoniques monolithiques (PIC) et les dispositifs intégrés hétérogènes. Ces solutions s'appuient sur une technologie et une expertise de pointe, visant à simplifier la complexité des tests de validation de conception, ainsi que les tests d'acceptation de la fonderie et l'assemblage et les tests de semi-conducteurs externalisés (OSAT).
En collaboration avec les partenaires officiels de Keysight, nous proposons une solution comprenant des sondes optiques (réseau de surface (GC) et coupleur de bord) et des sondes électriques (du courant continu aux hautes fréquences), allant des sondes monocanal aux sondes multicanaux et aux cartes de sondes montées sur une station de test entièrement automatisée (Figure 6).
La configuration matérielle pour la mesure sur plaquette de PIC sur puce est illustrée à la Figure 7. Le flux de test comprend le positionnement répété du dispositif, la configuration des paramètres et la mesure. Dans le cas d'un modulateur à microrésonateur, par exemple, la résonance cible est sélectionnée à partir du spectre de perte d'insertion (IL) mesuré après le passage de la sonde (8). Ensuite, à la longueur d'onde du point de fonctionnement désaccordé pour la commande du chauffage, la réponse en fréquence optoélectronique est mesurée avec le signal de tension de polarisation RF sélectionné : InP > 67 GHz avec un taux d'extinction (TE) de 25 dB, TFLN 110 GHz avec un TE > 35 dB. Cette opération est
répétée pour un nombre de dispositifs sur la grille de plaquettes égal au nombre de cycles de température. Il est important de noter que le choix des conditions et paramètres de mesure influe sur la précision et la durée du test. Cela inclut le nombre de répétitions avec différentes longueurs d'onde, puissances et tensions de polarisation du signal, ainsi que les réglages de l'instrument pour la résolution et la bande passante FI.

 https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-06296/application-notes/5992-3258.pdf

La mesure des dispositifs optoélectroniques sur silicium et autres matériaux de puces et de plaquettes introduit un nouveau paramètre d'incertitude : le palpage mécanique. Si le contact électrique direct minimise les erreurs de positionnement dues aux mouvements mécaniques grâce à une large surface de contact, le signal optique peut se propager à l'air libre. Son intégrité est alors estimée par l'angle du faisceau, la polarisation et la conception du guide d'ondes, qui sont également sensibles à la répétabilité des mouvements mécaniques et des vibrations. Les instruments de test et de mesure présentent leur propre
incertitude de mesure, et leurs performances absolues et relatives sont encore amplifiées par l'incertitude du palpeur. Les influences thermiques sur le dispositif et le palpeur sont gérées avec soin afin d'éviter tout dommage dû à une éventuelle dilatation thermique. C'est pourquoi un étalonnage précis du palpeur et du câble, ainsi qu'une correction des réponses en fréquence optiques et électriques dans les conditions de mesure cibles, sont recommandés.
Keysight propose des procédures d'étalonnage intégrées pour les palpeurs et les câbles, ainsi que des outils d'automatisation permettant de gérer ces procédures dans des environnements contrôlés.

Test des dispositifs émetteurs-récepteurs optiques cohérents (test COD) :
Le montage illustré à la figure 12 permet de mesurer la réponse en phase et en amplitude d’un émetteur-récepteur optique cohérent à l’aide du logiciel PathWave Vector Signal Analysis (89600 VSA) de Keysight et du module Optical Modulation Analyzer (OMA). Ce montage nécessite une connexion unique entre le dispositif et les instruments pour mesurer simultanément les quatre réponses en amplitude et en phase S21, incluant les biais de polarisation et de quadrature IQ, l’erreur de quadrature IQ du récepteur si le système est configuré en
mode hétérodyne, ainsi que les câbles et dispositifs désencastrés. L’utilisation d’un montage unique améliore considérablement la durée et la reproductibilité des tests en éliminant les erreurs de montage et les variations de connexion. Ce même montage peut être utilisé pour d’autres expériences, comme décrit au chapitre suivant. Le montage illustré à la figure 13 peut être utilisé si seule la réponse en phase et en amplitude d’un émetteur optique cohérent doit être mesurée.

La figure 8 comprend une capture d'écran de ces mesures.

Figure 8. Test des dispositifs optiques de transmission et de réception cohérentes (COD).

Test du récepteur cohérent intégré (ICR)
. Le montage présenté sur la figure 9 est utilisé pour tester les récepteurs cohérents. Ce montage comprend deux lasers, un synthétiseur de polarisation, un récepteur cohérent (dispositif testé) et un oscilloscope en temps réel. Il permet la mesure simultanée des quatre réponses en amplitude S21, notamment le biais IQ, le biais XY, l'angle IQ en fonction de la fréquence, le déséquilibre de gain IQ et XY, ainsi que la suppression de l'image du bruit de fond de l'amplitude du vecteur d'erreur (EVM) en fonction de la fréquence.

Test de réponse en amplitude du récepteur cohérent intégré (ICR) :
Le montage illustré à la figure 10 est une configuration économique permettant de mesurer la réponse en amplitude du signal S21 en fréquence pour tous les canaux du récepteur cohérent. Ce montage comprend deux lasers, un synthétiseur de polarisation, un récepteur cohérent (dispositif testé) et un capteur de puissance à thermocouple connecté aux ports du dispositif testé par un commutateur électromécanique.

Débogage des émetteurs optiques cohérents.
Le montage illustré à la figure 11 permet de déboguer les modulateurs/émetteurs optiques cohérents. Il se compose d'un analyseur de lignes optiques (AWG), d'un laser (en option si le dispositif testé n'en possède pas) et d'un oscilloscope numérique à échantillonnage optique. L'AWG génère un signal de stimulation, par exemple NRZ/PAMn, sur chaque bras. L'oscilloscope à échantillonnage de l'analyseur de communications numériques (DCA) permet de visualiser le diagramme de l'œil.
Ce montage est utile pour ajuster manuellement les tensions de polarisation du modulateur. La polarisation entre les rails de conduction du modulateur peut également être mesurée sur le DCA à l'aide de marqueurs.

Recherche et développement de systèmes de transmission optique :
Les solutions de test présentées dans les figures 12 et 13 simulent le fonctionnement d’un émetteur-récepteur cohérent flexible. Les principaux composants de test et de mesure de ces montages sont le générateur de formes d’onde arbitraires (AWG) et l’oscilloscope temps réel ou l’analyseur de modes optiques (OMA). Les expériences illustrées dans la figure 2 sont basées sur ces montages. Ces configurations permettent de tester des composants ou sous-composants destinés à être utilisés dans un émetteur-récepteur optique, tels que des modulateurs IQ à double polarisation, des modulateurs de commande cohérents, des photodiodes et des récepteurs cohérents. De plus, ce montage offre la flexibilité nécessaire pour étudier de nouveaux formats de modulation, développer de nouveaux algorithmes de traitement numérique du signal (DSP) et les tester au niveau système. Le traitement des données est généralement effectué hors ligne, en exécutant des scripts DSP personnalisés sur le contrôleur intégré de l’oscilloscope ou sur un ordinateur externe.


Keysight propose plusieurs instruments pour la génération et l’analyse de signaux optiques modulés complexes. Les générateurs de formes d'onde arbitraires multicanaux (AWG), tels que les M8199B (256 GSa/s, bande passante de 75 GHz), M8199A (128 GSa/s, 50 GHz), M8194A (120 GSa/s, 45 GHz) et M8195A (65 GSa/s, 25 GHz), sont généralement utilisés pour synthétiser ces signaux modulés complexes. Le logiciel du générateur de modulation optique 81195A permet de générer des signaux modulés complexes et de haute qualité, ainsi que des dégradations de signal afin de tester la cohérence des récepteurs dans différents scénarios. Il est également possible d'utiliser IQtools ou des scripts clients pour interagir avec l'instrument via l'interface SCPI.

Le M8199B est le générateur de formes d'onde arbitraires (AWG) le plus rapide du marché, permettant la génération de signaux à haut débit de symboles. La figure 14 illustre les modulations PAM8 à 150 GBaud, PAM6 à 174 GBaud et PAM4 à 174 GBaud. Ces formats de modulation sont à la base des signaux cohérents à 1,6 Tbit/s et de la recherche optique à 1600 Hz. Par exemple, la modulation 64QAM est obtenue en pilotant le DP-IQM avec quatre signaux électriques PAM8, et la modulation 32QAM en le pilotant avec quatre signaux électriques PAM6.

L'oscilloscope temps réel Infiniium UXR est le premier à offrir une acquisition ultra-performante avec une résolution haute définition de 10 bits. Doté de quatre canaux simultanés d'une bande passante maximale de 110 GHz, échantillonnant chacun simultanément à une fréquence de 256 GSa/s, une performance de pointe, l'Infiniium UXR offre les performances exceptionnelles, le bruit ultra-faible et la haute fidélité du signal nécessaires aux ingénieurs et aux scientifiques pour observer et comprendre les phénomènes les plus rapides,
accélérant ainsi le développement des technologies et de la recherche de nouvelle génération.
Les analyseurs de modulation optique (OMA) fournissent des informations sur la couche physique des signaux optiques modulés complexes afin de déterminer la qualité du signal ou d'évaluer les composants conçus pour la modulation et la démodulation IQ. L'OMA Keysight N4391C offre un large éventail d'options de test jusqu'à 110 GHz, répondant aux besoins actuels et futurs. Il propose une licence distincte et évolutive pour la bande passante optique et électrique, tant pour l'oscilloscope que pour l'OMA. Ce schéma tient compte du fait que l'oscilloscope fonctionne selon deux modes : intégré au système OMA,
nécessitant une bande passante optique, et en mode autonome (récepteur optique cohérent déconnecté), où la bande passante électrique est essentielle. Chaque configuration du N4391C (connecteur 1,85 mm et 1,0 mm) peut être mise à niveau vers des bandes passantes supérieures, tant pour les applications électriques qu'optiques : les configurations basées sur le connecteur 1,85 mm sont disponibles en 40, 50, 59 ou 70 GHz et peuvent être mises à niveau par paliers jusqu'à 70 GHz. Les configurations basées sur le connecteur 1,0 mm sont disponibles en 40, 59, 70, 80, 100 et 110 GHz et peuvent être mises à niveau par paliers jusqu'à 110 GHz.

 Il peut servir de modèle de référence pour être comparé aux modèles des clients, mais aussi pour mesurer les défauts de l'émetteur et quantifier les performances du système.

La correspondance entre les métriques OMA rapportées et les différents défauts de l'émetteur est résumée dans le tableau 2.

La caractérisation et la validation des modules optiques cohérents enfichables
400ZR et 800ZR constituent des normes pour les émetteurs-récepteurs optiques cohérents conçus pour les applications Ethernet 400 Gigabit (GE) et 800GE, notamment pour l'interconnexion directe (DCI) sur des distances allant jusqu'à 120 km. Le test de ces émetteurs-récepteurs comprend plusieurs aspects clés afin de garantir leur conformité aux normes de performance et d'interopérabilité :
• Tests de performance : Ils incluent la mesure de paramètres tels que l'EVM, le taux d'erreur binaire (TEB) et les performances de la correction d'erreurs sans voie de retour (FEC). Des équipements de test tels que des analyseurs de réseau optique (OMA) et des testeurs de réseau sont utilisés pour capturer et analyser la qualité du signal.
• Tests de conformité : Ils garantissent que les émetteurs-récepteurs répondent aux spécifications établies par des organismes de normalisation tels que l'OIF, l'UIT-T et l'IEEE. Cela inclut le test de l'intégrité du signal, ainsi que de la consommation d'énergie et des performances thermiques.
• Tests d'interopérabilité : Ils consistent à vérifier que les émetteurs-récepteurs optiques cohérents de différents fournisseurs sont conformes à une norme donnée et peuvent fonctionner ensemble de manière transparente. Les tests consistent généralement à vérifier le rapport signal/bruit optique (ROSNR) requis à un taux d'erreur binaire (BER) défini et à garantir une transmission sans erreur sur des distances spécifiées.
Keysight propose des solutions complètes pour les tests 400ZR et 800ZR, incluant des équipements de mesures optiques et électriques, garantissant ainsi la conformité des émetteurs-récepteurs aux normes requises et leur fonctionnement fiable en conditions réelles.
Les analyseurs optiques (OMA) Keysight M8290A et N4391C sont utilisés pour mesurer les paramètres de la couche physique. Le logiciel OMA associé contient des modules fournissant des solutions clés en main pour la caractérisation complète des émetteurs-récepteurs optiques cohérents.
Outre les tests des paramètres de la couche physique effectués avec l'OMA, il est nécessaire de vérifier la qualité de la liaison en effectuant des mesures de BER avant et après correction d'erreurs (FEC). Pour ces tests, Keysight propose différents testeurs de réseau multidébits, tels que l'A400GE et le modèle à double interface AresONE 800GE-M.

400ZR
. Elle permet de tester le taux d'erreur binaire (BERT) de couche 1 et de mesurer la dégradation de la couche physique.
L'OMA M8292A est optimisé pour l'optique cohérente Gen30/Gen60 et offre une solution de test compacte, montable en rack, qui se connecte à la sortie optique des émetteurs cohérents.
Le logiciel OMA intègre des mesures EVM conformes aux normes, permettant de tester les émetteurs avec des paramètres et une méthodologie prédéfinis, conformément aux normes ITU G.698.2, IEEE 802.3 100GBASE-ZR et OIF 400ZR IA. Outre la surveillance de plusieurs dégradations de la couche physique, il permet la mesure de l'EVM sur une longueur de bloc définie pour toutes les étapes de traitement, le réglage flexible de la longueur du filtre d'égalisation adaptatif à espacement T et le paramétrage de la charge de bruit numérique (en option).

Outre les tests des paramètres de la couche physique effectués avec les M8290A ou N4391C, le testeur de réseau Keysight série A400GE réalise des tests de couche 1 haute performance pour les systèmes de communication 400GE.
Conçus pour gérer la complexité des réseaux haut débit modernes, ces appareils offrent des capacités de test complètes pour les émetteurs-récepteurs optiques et les interconnexions par câble cuivre.
Par exemple, le modèle A400GE-QDD propose des tests BERT et FEC de couche 1, essentiels pour garantir la fiabilité et les performances des équipements 400GE. Il prend en charge différents modèles de test et fournit des statistiques détaillées pour faciliter l'identification et la résolution rapides des problèmes.

La plateforme de test Keysight A400GE est idéale pour les périphériques de communication 400GE et les ports matériels utilisant l'interface électrique 8 x 56 Gb/s avec codage PAM4, conforme aux normes IEEE 802.3bs et IEEE 802.3cd.
Son interface utilisateur web intuitive, compatible avec Google Chrome, simplifie et accélère les tests de taux d'erreur binaire (BER) et de correction d'erreurs sans voie de retour (FEC). La fonctionnalité BERT classique de couche 1 est enrichie par la possibilité d'envoyer plusieurs motifs de test et génère des mesures et des statistiques de BER par voie, facilitant ainsi l'identification et la résolution rapides des problèmes.

Solution de test 800ZR :
Les activités de normalisation des liaisons cohérentes 800G sont en cours et reposent sur une modulation 16QAM à 120 GBaud. Elles visent à atteindre des liaisons intra-DC jusqu’à 10 km (OIF 800LR, IEEE 800GBASE ou IEEE 802.3dj) et des liaisons DCI jusqu’à 80-120 km (OIF 800ZR). Keysight propose déjà les outils nécessaires à la conception et à la validation de ces technologies.
La figure 18 présente une configuration de test pour les modules enfichables cohérents 800ZR. Elle combine le testeur de réseau AresONE 800GE-M à double interface et l’OMA N4391C. Cette configuration permet des tests de la couche 1 à la couche 3, ainsi que des mesures de dégradation de la couche physique.
L’OMA Keysight N4391C comprend un oscilloscope temps réel UXR, un récepteur optique cohérent calibré et un logiciel VSA/OMA fiable et flexible. Il offre une sélection indépendante de la bande passante jusqu'à 110 GHz pour les mesures optiques grâce à son propre récepteur cohérent et pour les mesures électriques directement sur les ports de l'oscilloscope. Il prend en charge de multiples formats de modulation, y compris les formats personnalisés.
Keysight propose également des récepteurs cohérents OMA pour la bande O, ainsi que des récepteurs cohérents fonctionnant dans les bandes C et L.

La plateforme de test réseau Keysight AresONE 800GE Dual Interface Model-M est polyvalente. Compatible avec les ports QSFP-DD800 et OSFP800, elle permet de réaliser des tests complets de la couche 1 à la couche 3 sur les émetteurs-récepteurs optiques, les fibres optiques actives et passives, ainsi que les interconnexions cuivre de 10GE à 800GE.
Elle prend en charge les débits 800GE, 400GE et 100GE via les signaux PAM4 et NRZ, avec une alimentation hôte de 106,25 Gbit/s et une réduction de débit à 53 Gbit/s et 26 Gbit/s pour les réseaux Ethernet de plus faible vitesse. Elle intègre plusieurs types de correction d'erreurs (FEC) et des statistiques de performance détaillées. Chaque port étant indépendant, ses débits et modes de signalisation sont configurables en façade. De plus, elle offre une gestion optimisée de l'alimentation et du refroidissement, et prend en charge les émetteurs-récepteurs optiques nécessitant jusqu'à 30 watts par port.

Keysight permet aux innovateurs de repousser les limites de l'ingénierie en résolvant rapidement les problèmes de conception, d'émulation et de test afin de créer les meilleures expériences produit. Commencez votre parcours d'innovation sur www.keysight.com