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Auteur(s)
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Thierry GEORGES : France Télécom
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Lire l’articleINTRODUCTION
Depuis sa première observation en 1834 dans un canal écossais et son explication mathématique en 1895, la propagation de solitons a trouvé une place de plus en plus importante dans de nombreux domaines de la physique et des mathématiques. Objet de nombreuses études mathématiques dans les années 60, il faut attendre 1973 et les premières fibres monomodes de silice à faible perte pour apparaître dans le domaine de la transmission optique. C’est pourtant dans ce domaine que de nombreuses propriétés des solitons ont pu être vérifiées expérimentalement : interaction de solitons, propagation de solitons d’ordre 1 et 2 sur de nombreuses périodes... Cela a pu être réalisé grâce à un milieu très transparent, la disponibilité d’amplificateurs optiques et le développement de techniques de contrôle.
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- Version courante de janv. 2015 par Thierry GEORGES, Michel JOINDOT, Irène JOINDOT
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Effets physiques fondamentaux et solitons optiques1. Généralités
Aujourd’hui les fibres optiques présentent un formidable potentiel pour la transmission optique grâce à la fréquence porteuse très élevée des signaux qui s’y propagent (200 THz pour une longueur d’onde de 1,5 µm) et leurs très faibles pertes (inférieures à 0,4 dB/km sur une bande de 60 THz, de 1 250 nm à 1 650 nm de longueurs d’onde). Les capacités des systèmes de transmission sur fibre optique devraient se chiffrer en Tbit/s et les portées en dizaines de kilomètres et même en milliers de kilomètres avec l’apparition des amplificateurs optiques.
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Pour réaliser ce potentiel, il faut cependant combattre un certain nombre de phénomènes parasites liés à la propagation dans la fibre.
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Parmi ceux-ci, il y a des effets linéaires, comme la dispersion chromatique. Cette dernière est responsable d’un élargissement temporel des impulsions qui peut mélanger les « 1 » (présence d’une impulsion) et les « 0 » (absence d’une impulsion). Cet effet peut être compensé par une dispersion chromatique de signe opposé.
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Le deuxième type de phénomène parasite est le bruit des amplificateurs. Ce bruit s’ajoute en champ au signal et peut transformer un « 1 » en « 0 » et inversement. La parade à ce problème est d’émettre des impulsions suffisamment énergétiques. L’énergie des impulsions doit être d’autant plus grande que la portée du système est importante (car le nombre d’amplificateurs est proportionnel à la distance).
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Cette augmentation de puissance avec la portée du système, mais aussi avec le débit transmis, augmente les effets du troisième type de phénomènes parasites : les effets non linéaires. Parmi ceux-ci, l’effet le plus pénalisant est l’effet Kerr.
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L’utilisation de tout le potentiel de transmission d’une fibre optique impose la résolution de problèmes dont certains sont contradictoires : les effets non linéaires poussent à réduire la puissance alors que le bruit des amplificateurs pousse au contraire à l’augmenter. Le soliton peut apporter un certain nombre de solutions à ces problèmes, car il utilise la dispersion chromatique pour annuler les effets non linéaires....
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