TÉLÉCOMMUNICATIONS Technologies optiques
Le développement des télécommunications s'est caractérisé par l'utilisation d'un domaine de fréquences de plus en plus vaste, depuis les quelques kilohertz des premières lignes téléphoniques jusqu'aux quelques dizaines de gigahertz des liaisons radio. Il était donc a priori logique que la lumière puisse être utilisée afin de prolonger le spectre. Elle ne pouvait cependant devenir un moyen de télécommunication que dans la mesure où il était possible de moduler une source optique à des fréquences élevées et de transmettre les signaux sur un support stable et peu atténuant. Le premier problème a été résolu par la mise au point des dispositifs à semiconducteurs comme les lasers et le second par les fibres optiques.
Les fibres optiques
Une fibre optique est un guide diélectrique qui conduit la lumière sur une grande distance. Elle est habituellement à symétrie de révolution autour d'un axe et constituée de matériaux isotropes (verres) disposés en plusieurs couches avec des indices de réfraction différents (fig.1). Le cœur de la fibre, qui a un indice de réfraction plus fort que la gaine, piège la lumière : un rayon lumineux lancé dans ce milieu subit une réflexion totale chaque fois qu'il touche l'interface cœur-gaine.
Fibres optiques
Asharkyu/ Shutterstock
Structure d'une fibre optique et profils d'indice
Encyclopædia Universalis France
Historique
C'est en 1966 que fut lancée l'idée de transporter sur de grandes distances des signaux optiques sur une fibre, mais il faudra des années pour maîtriser les procédés de fabrication et contrôler la composition des matériaux qui influe de manière décisive sur l'atténuation (pertes) du signal transmis. On parviendra alors à obtenir des atténuations assez faibles pour que devienne possible la transmission des signaux sur des distances suffisamment grandes pour rendre la technique optique compétitive. Partie en 1960 de 1 000 décibels par kilomètre (dB/km), l'atténuation est descendue à 20 dB/km en 1975 puis à 0,2 dB/km en 1984.
Comparée aux autres supports de transmission, la fibre optique moderne présente une atténuation faible et quasi constante sur une large plage de fréquences et offre ainsi l'avantage de bandes passantes gigantesques permettant d'envisager la transmission à haut débit de données numériques. Mais la fibre n'est pas seulement un atténuateur parfait : la variation de l'indice de réfraction du matériau en fonction de la longueur d'onde est la cause principale de la dispersion chromatique, qui va entraîner une déformation des signaux transmis. Cet effet linéaire se manifeste d'autant plus que la distance est élevée et la bande passante des signaux importante. Lorsque l'atténuation des fibres était importante, la dispersion chromatique n'était pas une préoccupation, puisque le signal optique, qui n'était utilisable que sur de courtes distances, devait être régénéré avant d'avoir été notablement déformé. Avec la diminution des pertes et l'apparition de systèmes à haut débit, la dispersion chromatique est devenue un effet fondamental.
Les amplificateurs à fibre ont permis d'injecter dans les fibres optiques des puissances importantes, de porter le signal plus loin et de lutter contre les pertes de propagation ; la contrepartie en est l'apparition d'effets non linéaires qui sont eux aussi une source de dégradation du signal. Ces effets peuvent cependant être utilisés, dans certaines conditions, de manière positive afin de compenser l'influence de la dispersion chromatique. Dans le cas général, effets linéaires et non linéaires interagissent ; ils ne peuvent donc être isolés et traités séparément.
La fibre optique apparaît par conséquent comme un milieu complexe, dont l'effet sur un signal ne peut être prédit qu'au moyen de logiciels de simulation.
Bases de la propagation dans une fibre optique : fibres monomodales et multimodales[...]
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Écrit par
- Irène JOINDOT : ingénieur de l'École nationale supérieure de Caen, habilitée à diriger des recherches
- Michel JOINDOT : ingénieur des télécommunications
Classification
Médias
Fibres optiques
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Structure d'une fibre optique et profils d'indice
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Atténuation d'une fibre optique
Encyclopædia Universalis France
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