Amplification optique
Systèmes de transmission sur fibre optique

Comparée aux autres supports de transmission existants, la fibre présente une atténuation quasiment constante sur une énorme plage de fréquences (plusieurs milliers de gigahertz) et offre ainsi l’avantage de bandes passantes gigantesques, permettant d’envisager aujourd’hui la transmission de débits numériques très importants (plusieurs terabit/seconde) exigés par la multiplication des services et les besoins accrus de transmission d’images . Très vite également, il est apparu que les systèmes optiques permettaient, par rapport aux systèmes sur câble coaxial de capacité équivalente, un gain notable sur la distance entre répéteurs-régénérateurs, qui passait de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres. À partir de 1978 furent installés des systèmes travaillant à la longueur d’onde optique de 0,8 µm, acheminant un débit compris entre 50 et 100 Mbit/s, avec un espacement entre répéteurs de 10 km, c’est-à-dire trois fois plus environ que les systèmes sur câble coaxial de capacité équivalente.

La seconde génération de systèmes de transmission sur fibre optique, apparue dans les années 1980, découle directement de la mise au point de la fibre monomodale et du laser à semi-conducteur à 1,3 µm, longueur d’onde pour laquelle la dispersion chromatique (c’est-à-dire la distorsion induite sur les signaux par la propagation) est minimale. Des débits supérieurs à 1 Gbit/s, avec un espacement entre répéteurs de plusieurs dizaines de kilomètres, sont alors atteints. Les portées de ces systèmes sont limitées par les pertes de la fibre, 0,5 dB/km dans le meilleur cas, et l’idée apparaît alors de développer des sources émettant à la longueur d’onde de 1,55 µm pour laquelle l’atténuation est minimale. Néanmoins, ce gain est détruit par l’effet de la dispersion chromatique, toutes les longueurs d’onde ne se propageant pas à la même vitesse. Cette dispersion chromatique du matériau de la fibre est beaucoup plus forte qu’à 1,3 µm et c’est d’elle que provient alors la limitation de la bande passante et donc du débit. Des progrès simultanés tant sur les lasers émettant sur un seul mode que sur le milieu de transmission (fibres à dispersion décalée) apporteront des solutions à ces problèmes et les premiers systèmes travaillant à 1,55 µm apparaîtront à la fin des années 1980, avec un débit supérieur à 2 Gbit/s.

Apparus à la fin des années 1980 et devenus très rapidement des produits industriels, les amplificateurs à fibre vont apporter un bouleversement considérable dans le domaine des communications par fibre optique : insérés dans la ligne de transmission, ils permettent de compenser l’atténuation de la fibre et donc d’augmenter la portée des systèmes de transmission, au prix de l’addition de bruit . Utilisés comme préamplificateurs, ils augmentent la sensibilité des récepteurs optiques. Enfin, leur bande passante énorme (30 nm et même bien plus aujourd’hui) permet d’envisager l’amplification simultanée de plusieurs porteuses optiques juxtaposées dans le spectre, constituant ce que l’on appelle un multiplex. Ainsi naît le concept de multiplexage en longueur d’onde (WDM Wavelength Division Multiplexing) ; chaque fibre transportant un multiplex de N canaux est alors équivalente en capacité à N fibres transportant chacune un canal, et il est aisément concevable que cette approche permet potentiellement d’augmenter la capacité d’un réseau de manière très importante sans modifier son infrastructure physique. Des systèmes utilisant cette technique, pour la plupart avec un débit de 2,5 Gbit/s par canal, sont aujourd’hui en cours d’installation par tous les grands opérateurs mondiaux dans leurs réseaux de transport pour faire face à la croissance du trafic attendue dans les toutes prochaines années. Des systèmes à N ×10 Gbit/s sont déjà proposés par les industriels et installés et l’évolution vers des multiplex à très grand nombre de canaux et(ou) à grande capacité par canal va selon toute vraisemblance se poursuivre dans les prochaines années, pour faire face au besoin de croissance de capacité que connaissent les réseaux de transport comme les réseaux métropolitains.

Enfin, la transmission optique permet aujourd’hui d’atteindre une qualité (exprimée en termes de taux d’erreurs) très supérieure à celle des systèmes antérieurs, en particulier des faisceaux hertziens.

La fibre optique est également utilisée dans les réseaux de vidéocommunications pour transmettre un multiplex de sous-porteuses électriques qui modulent en intensité une porteuse optique. Chacune de ces sous-porteuses, qui correspond à un canal de télévision, est elle-même modulée de manière analogique (modulation de fréquence, modulation d’amplitude à bande latérale unique) ou numérique (modulation de phase, modulation d’amplitude sur deux porteuses en quadrature...).