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Élisabeth GIACOBINO : Directeur de recherches au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
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Amorcée au début des années 80, une véritable révolution est en train de se produire en cette fin de XXe siècle dans les télécommunications. Remplaçant les signaux électriques, ce sont des impulsions lumineuses qui véhiculent l’information, conversations téléphoniques, données informatiques ou télévision, le long de fins cylindres de verre, les fibres optiques. En France, 22 000 Km de fibres ont été installés et assurent environ 80 % des connexions entre centraux téléphoniques. Aux États-Unis, plus de 95 % des liaisons longue distance (plus de 200 Km) utilisent des fibres optiques. Les câbles transocéaniques sont maintenant des câbles optiques.
Les fibres optiques présentent l’avantage de pouvoir transmettre l’information avec des débits beaucoup plus élevés que les câbles en cuivre traditionnels : certaines lignes peuvent transporter simultanément une dizaine de milliers de communications téléphoniques. Comparées aux fils de cuivre, les fibres sont aussi plus légères, moins encombrantes, insensibles aux perturbations électromagnétiques, inertes et résistantes à la corrosion.
L’atténuation des signaux le long des fibres optiques a diminué de façon extraordinaire en quinze ans : si la première fibre commerciale installée en 1977 aux États-Unis perdait la moitié de la lumière sur un kilomètre, en 1996, les pertes sont descendues à quelques pour-cent par kilomètre. De plus, pour les communications à haut débit (plus de 1 Mbit /s), les pertes des fibres optiques sont constantes, tandis que celles des lignes de transmission métalliques (paires de fils ou câbles coaxiaux) augmentent avec la fréquence, limitant ainsi l’utilisation de forts débits. Les fibres offrent aussi une grande souplesse d’emploi. Elles peuvent être installées pour des communications à bas débit, puis être utilisées dans un système à haut débit si l’on change l’électronique terminale.
Dans cet article, nous exposons tout d’abord le principe du guidage de la lumière dans un milieu réfractif, puis nous abordons la description et le fonctionnement des fibres optiques et leur utilisation dans les réseaux de communications. Nous présentons ensuite les futurs systèmes de communications optiques. Enfin, nous donnons un très bref aperçu sur d’autres applications des fibres optiques.
Pour des détails complémentaires, le lecteur pourra se reporter aux articles spécialisés du traité Électronique.
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Autres applications des fibres optiques3. Futurs systèmes de communications optiques
La prochaine génération de systèmes de communications optiques utilisera de plus en plus les systèmes tout optiques. Tous les nouveaux câbles sous‐marins ainsi que certaines nouvelles liaisons terrestres sont des câbles optiques. Ces systèmes fonctionnent sur les principes décrits dans l’article [E 7 550] du traité Électronique. Nous indiquons ici quelques perspectives des futurs systèmes : amplificateurs à fibres dopées à l’erbium 3.1, coupleurs optiques 3.2 et utilisation d’impulsions solitons 3.3.
3.1 Amplificateurs à fibres dopées à l’erbium
Le nouveau câble optique transatlantique posé en 1995 par AT&T, n’utilise plus de répéteurs de type électronique mais un nouveau genre d’amplificateurs optiques, les amplificateurs à fibres dopées à l’erbium.
L’élément actif de ces fibres est constitué par les atomes d’erbium inclus dans la fibre, qui sont pompés dans des états d’énergie élevée par des diodes lasers spéciales, à 1,5 ou 0,98 µm. Un signal optique faible entrant dans la fibre peut alors être amplifié par émission stimulée, par un processus analogue à celui qui se produit dans un laser. Les amplificateurs à l’erbium sont différents des répéteurs classiques, dans la mesure où ils ne passent pas par des intermédiaires électroniques et réamplifient directement le signal lumineux.
Une fibre dopée à l’erbium d’environ 1 m de long pompée par une diode laser à 1,48 µm et de puissance 10 mW produit un gain de 30 à 40 dB sur un signal optique. Le principal avantage des amplificateurs à l’erbium est qu’ils ont un temps de réponse très rapide...
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