Fibre optique
Fibre optique et haute performance
L’idée de fabriquer des fibres en verre de silice suffisamment pur pour transporter la lumière sur de grandes distances a commencé dès la fin des années 1960.
En 1968, un chercheur anglais KC Kao découvrit que les pertes de la silice fondue pouvaient être inférieures à 20 db/km dans l’infrarouge proche. Ce faisant, il rendait les espoirs des chercheurs crédibles et ouvrait la porte à une utilisation en industrie.
D’ailleurs, peu de temps après, d’autres chercheurs que des fibres dopées à l’erbium pouvaient être fabriquées avec des longueurs de plusieurs kilomètres et des pertes de l’ordre du db/km.
L’utilisation de la fibre optique comme "élément technologique" pouvait commencer.
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Une fibre optique utilisée pour les télécommunications est composée de deux type, voire deux densités, de verre de silice différent et d’un revêtement protecteur permettant la réflexion de la lumière emprisonnée. L’indice de réfraction du cœur de la fibre est supérieur à celui de la gaine ce qui empêche le rayon lumineux de sortir du cœur de la fibre, le rayon étant alors guidé par réflexions totales sur l’interface cœur.
Plusieurs phénomènes physiques caractérisent les fibres optiques et vont déterminer son utilisation : atténuation - dispersion chromatique – dispersion modale de polarisation
L’atténuation : Le principal atout des fibres optiques est une atténuation extrêmement faible ce qui permet de couvrir d’importantes distances sans "réamplification".
Or, l’atténuation varie énormément selon les longueurs d’onde utilisées.
Deux zones seront principalement exploitées la zone autour des 1385 nm et 1550nm – toutes deux dans l’infrarouge proche.
Comme vous le constatez, ce ne sont que deux zones relativement exigües qui peuvent être exploitées.
La dispersion chromatique, elle caractérise l’étalement du signal lié à sa largeur spectrale (deux longueurs d’ondes différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse). Cette dispersion dépend de la longueur d’onde considérée et résulte de la somme de deux effets : la dispersion propre au matériau, et la dispersion du guide, liée à la forme du profil d’indice. Il est donc possible de la minimiser en adaptant le profil. (Source Wikipedia)
La dispersion modale de polarisation caractérise l’étalement du signal lié au fait que la fibre n’est pas parfaitement circulaire (phénomène pour fibres multimodes.)
Pour schématiser, deux grandes familles de fibres se retrouvent sur le marché : les fibres multimodes et les fibres monomodes.
Les fibres multimodes sont généralement utilisées sur de courtes distances (pouvant cependant dépasser quelques km). Elles sont très répandues (réseaux LAN & WAN) et relativement bon marché (également au niveau des équipements)
Se retrouvent deux types de fibre multimode : à saut d’indice et à gradient d’indice. Les fibres à gradient d’indice 50µ/125µ sont généralement utilisées en Europe alors que celles 62.5µ125µ sont utilisées en Amérique du Nord.
Les fibres multimodes sont utilisées par tous les opérateurs TELCO du monde.
Elles sont destinées à transporter un signal sur de très longues distances avec de très hauts débits. Pour information, une fibre monomode à un diamètre de 9µ (beaucoup plus fin qu’un cheveu).
Un avantage déterminant de la lumière – il est possible de faire passer en même temps plusieurs longueurs d’ondes (appelées également couleurs) car phénomène extrêmement intéressant, les couleurs envoyées en même temps sur une même fibre ne se mélangent pas.
Dès lors une nouvelle génération d’équipements est apparue au début des années 90, mettant en œuvre le multiplexage pas longueur d’onde (ou WDM pour Wavelength Division Multiplexing).
L’idée consiste à injecter simultanément dans la même fibre optique plusieurs trains de signaux numériques à une même vitesse de modulation, mais chacun à une longueur d’onde distincte. Ainsi à l’émission, se multiplexent n canaux et à la réception, il suffit de démultiplexer le signal global en n canaux nominaux.
La norme internationale ITU-T G 692 (interfaces optiques pour systèmes multi-canaux avec amplificateurs optiques) a défini un peigne de longueurs d’onde autorisées dans la seule fenêtre de transmission 1530 – 1565 nm. Elle normalise l’espacement en nanomètre (nm) entre deux longueurs d’onde permises de la fenêtre : 1.6 nm - 0.8 nm
Pour fixer les idées, un nanomètre correspond à 1 milliardième de mètre, soit un millionième de millimètre. Autre petit rappel, une nanoseconde correspond à 1 milliardième de seconde.
A votre avis quelle est la distance parcourt la lumière en 1 nanoseconde ?
(réponse 30 cm dans le vide et 20 cms dans une fibre optique)
La technologie WDM est dite dense (DWDM) lorsque l’espacement utilisé est égal ou inférieur à 0.8 nm. Pour info, des systèmes à 0.4 nm et à 0.2 nm (U-DWDM Ultra-Dense Wavelenght Division Multiplexing) sont déjà en test dans les laboratoires.
Les systèmes DWDM commercialisés aujourd’hui permettent d’acheminer 8, 16, 80 voire 160 canaux – chaque canal ayant une capacité de 2.5 gigabit/sec
Au contraire, les systèmes CWDM (Coarse WDM) utilisent un espacement de 20 nm. Ils sont infiniment moins coûteux et permettent de transporter jusque 8 longueurs d’onde chacune ayant une capacité de 2.5 gigabit/sec.
Pierre Lienard