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RÉSUMÉ
Les opérateurs de téléphonie fixe, mobile et internet utilisent tous la lumière comme véhicule de l'information et ont donc recours aux systèmes de communications à fibre optique. Cet article dissèque ces systèmes, en se focalisant plus particulièrement sur les terminaux d'émission/réception et sur les amplificateurs optiques. Les techniques de multiplexage sont recensées et les types de détection décrits. Pour terminer, les outils d'évaluation des composants et du système sont passés en revue.
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Sébastien BIGO : Directeur du département des Réseaux optiques Bell Labs, Alcatel-Lucent, Nozay, France
INTRODUCTION
Plusieurs dizaines d'années avant son raccord direct aux abonnés, la fibre optique s'est installée dans l'ombre d'internet au point d'en devenir son plus solide pilier. Mais autour de cette fibre doivent être bâtis des systèmes optiques de télécommunications à l'architecture souvent complexe, qui forment les artères qui relient les grandes villes d'un même pays ou d'un même continent entre elles, de quelques dizaines à quelques milliers de kilomètres. Les signaux optiques qui s'y propagent doivent y être régénérés régulièrement, dans des sites de régénération et peuvent être aiguillés vers leur destination dans des sites de routage optique.
Cette thématique est traitée dans deux dossiers complémentaires : le présent article [E 7 079] et le suivant [E 7 081] « Conception et validation ». Nous définissons d'abord le vocabulaire qui permettra aux lecteurs qui la découvrent d'en acquérir les notions les plus fondamentales. Nous décomposons les systèmes de transmission en leurs constituants principaux.
Nous passons en revue les diverses manières de multiplexer plusieurs signaux, en exploitant le temps, la longueur d'onde, la polarisation ou le mode spatial de propagation. Puis, nous rappelons les principes de fonctionnement et les caractéristiques des amplificateurs optiques, qu'ils soient à base d'émission stimulée dans une fibre dopée erbium ou d'émission stimulée par effet Raman, voire des deux simultanément.
Nous recensons ensuite les techniques de détection, en détaillant plus particulièrement celle qui a révolutionné le domaine des télécommunications optiques depuis la fin de la décennie 2010, à savoir la détection cohérente. Nous consacrons la partie finale de l'article aux critères d'évaluation de la performance en discutant des domaines d'applications, des avantages et des limites de chacun d'entre eux. Certains critères sont plus adaptés à la caractérisation des composants pris isolément, d'autres à la caractérisation du système complet.
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Évaluation de la qualité d'un composant ou du système optique complet
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4. Techniques de détection
4.1 Détection directe
Au niveau du récepteur, la lumière doit être convertie en signaux électriques à deux états avant de parvenir à destination. Le schéma de détection le plus commun repose sur l'utilisation d'une simple photodiode, suivie d'une bascule de décision. La photodiode convertit l'énergie optique reçue (nombre de photons ou carré du module du champ électrique E s (t ), d'où le surnom « quadratique ») en un courant i (t ), qui lui est directement proportionnel et que l'on appelle photocourant, selon :
où k est la sensibilité de la photodiode.
La bascule de décision réalise ensuite l'opération de discrimination qui permet, à l'instant considéré, d'associer le photocourant à la famille des symboles « 1 » et ou à celle des « 0 ». Elle compare le photocourant reçu à une valeur de seuil et délivre une tension positive si le photocourant est supérieur au seuil, nulle sinon. Le signal électrique qui en résulte a une amplitude constante pendant la durée d'un symbole 1/B mais change éventuellement d'état d'un symbole à l'autre. L'enveloppe du signal électrique est donc complètement régénérée, au prix d'erreurs lors de la discrimination si le signal d'entrée est distordu et bruité. L'état de la bascule est remis à jour au rythme des battements d'un signal périodique, généralement sinusoïdal, appelé horloge. L'horloge est extraite du photocourant par passage dans un filtre diélectrique très étroit qui ne conserve qu'une raie fréquentielle à la fréquence B. Si le spectre du photocourant est dépourvu d'énergie à la fréquence d'information B, c'est la raie à fréquence moitié B /2 qui est extraite par le filtre. On l'envoie alors dans un amplificateur électrique non linéaire appelé...
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Techniques de détection
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHUH (K.), LACH (E.) - High-bit-rate ETDM transmission systems. - Optical Fiber Telecommunications VB, chap. 5, édité par KAMINOV (I.P.), LI (T.), WILLNER (A.E.), Academic Press, Elsevier (2008).
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(2) - DESURVIRE (E.), BAYART (D.), DESTHIEUX (B.), BIGO (S.) - Erbium-doped fiber amplifiers, device and system developments. - Wiley (2002).
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(3) - PROAKIS (J.G.), SALEHI (M.) - Digital Communications - , 5th Edition, McGraw-Hill (2008).
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(4) - DESURVIRE (E.) - Erbium-doped fiber amplifiers, principles and applications. - Wiley (1994).
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(5) - BECKER (P.C.), OLSSON (N.A.)., SIMPSON (J.R.) - Erbium-doped fiber amplifiers, fundamentals and technology. - Academic Press (1999).
-
(6) - BROMAGE (J.) - Raman amplification for fiber communications systems. - J....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Optilux, logiciel libre pour la simulation de systèmes de transmission optiques http://www.optilux.sourceforge.net/
VPI transmission MakerTM, suite logicielle pour la simulation de composants et systèmes optiques, éditée par VPI photonics http://www.vpiphotonics.com/
HAUT DE PAGE
Jean-Michel Jonathan, cours dispensé à l'Institut d'Optique Graduate School Paris Tech, Optique des ondes guidées – Lightwave http://www.paristech.institutoptique.fr/site.php?id=95=72
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