Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article traite des fibres optiques autorisant plusieurs chemins spatiaux pour la lumière dans un ou plusieurs guides, en opposition au cas des fibres monomodes à cœur unique qui n’en offrent qu’un seul. Les propriétés générales des fibres optiques sont tout d’abord rappelées avant que les caractéristiques propres à chaque famille de fibre (multimode, légèrement multimode et multicœurs) soient plus particulièrement décrites, de même que les procédés de fabrication pour les réaliser. L’application de ces fibres au contexte des transmissions de données par fibres optiques est ensuite discutée et complétée par quelques exemples d’utilisation dans d’autres champs applicatifs.
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This article deals with optical fibers allowing several spatial paths for light in one or more waveguides, as opposed to the case of single-core single-mode fibers which only offer one. The general properties of optical fibers are first recalled before the characteristics specific to each fiber family (multimode, slightly multimode and multicore) are more particularly described, as well as the manufacturing processes to fabricate them. The application of these fibers in the context of data transmission by optical fibers is then discussed and supplemented by some examples of use in other application fields.
Auteur(s)
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Laurent BIGOT : Directeur de Recherche CNRS - Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 PhLAM – Physique des Lasers, Atomes et Molécules, Institut IRCICA, Lille, France
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Yves QUIQUEMPOIS : Professeur IUT de Lille - Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 PhLAM – Physique des Lasers, Atomes et Molécules, Institut IRCICA, Lille, France
INTRODUCTION
Lorsqu’elles sont présentées, les fibres optiques sont généralement classées en deux grandes familles distinctes que sont les fibres optiques multimodes et les fibres optiques monomodes. À cette occasion, ces dernières sont souvent mises en avant, notamment pour les débits d’information très élevés auxquels elles permettent d’accéder et qui sont à la base des autoroutes de l’information que les données échangées quotidiennement empruntent, notamment via les câbles sous-marins qui jalonnent le fond des océans. Derrière l’appellation de fibre monomode, on entend le plus souvent une structure de fibre constituée d’un guide d’onde unique (un seul cœur) n’autorisant qu’un seul chemin optique (un seul mode). Tout au long de cet article, nous allons nous intéresser à des types de fibres différents qui permettent à la lumière de se propager selon différents modes au sein d’un même cœur (fibres légèrement multimodes et fibres multimodes) ou selon des modes uniques supportés par différents cœurs (fibres multicœurs). Nous mentionnerons également le cas des fibres à cœurs multiples supportant chacun plusieurs modes. Nous verrons que, bien qu’elles partagent beaucoup de propriétés avec les fibres monomodes, ces fibres possèdent également leurs propres spécificités en matière de propriétés de guidage, de fabrication ou de mise en œuvre. Ce dernier point couvre, en particulier, la nécessité de pouvoir exciter sélectivement les chemins spatiaux à disposition. À cela s’ajoute la nécessité d’implémenter des techniques optiques spécifiques pour pouvoir les caractériser. Après quelques rappels généraux sur les fibres optiques, plusieurs de ces spécificités sont présentées en distinguant les deux sous-familles que sont les fibres multimodes (intégrant les fibres légèrement multimodes) et les fibres multicœurs.
L’ouverture de chemins spatiaux multiples au sein d’une même fibre, si elle est maîtrisée et comprise, constitue une richesse qui peut être mise à profit dans de nombreux domaines de recherche plus ou moins tournés vers l’application. Ainsi, aujourd’hui, les recherches en télécommunications optiques, en développement de sources lasers intenses, en imagerie bio-médicale, en photonique non linéaire ou encore en propagation dans les milieux complexes, peuvent s’appuyer sur une grande diversité de structures de fibres à disposition et dont nous présentons quelques exemples. La multiplicité des chemins spatiaux nécessite toutefois de porter une attention toute particulière à la notion de couplage, qu’il s’agisse de couplage entre cœurs ou entre modes. Nous verrons, en outre, que l’intensité de ce couplage peut être choisie et ajustée en fonction des propriétés opto-géométriques du(des) cœur(s) de la fibre. Ce point sera particulièrement illustré par les récents développements dans le contexte Télécom où ces fibres pourraient rapidement trouver leur place à côté des fibres monomodes et multimodes « classiques ».
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles et notations utilisés.
KEYWORDS
optical fibers | multimode fibers | multicore fibers | spatial division multiplexing
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2010 par Christophe LETHIEN, Christophe LOYEZ
DOI (Digital Object Identifier)
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6. Conclusions
À travers cet article, nous avons pu découvrir ou redécouvrir certaines spécificités liées aux fibres optiques multimodes ou multicœurs. La multiplicité des chemins spatiaux, parfois perçue comme une limitation, apparaît aujourd’hui comme une vraie richesse du fait, notamment, des moyens technologiques dont nous disposons de nos jours pour les exploiter. Nous avons notamment étudié le cas des transmissions optiques fibrées où, parallèlement à l’optimisation permanente des performances des fibres multimodes, les fibres légèrement multimodes et multicœurs permettent un bond en avant impressionnant en termes de capacité. La mise en œuvre de ces nouvelles fibres s’appuie sur près de 50 ans d’innovations dans le domaine de la fabrication des fibres elles-mêmes et dans les technologies optiques et photoniques pour les exploiter. Ce sujet est une thématique de recherche très active aujourd’hui dans la communauté académique et industrielle et nul doute que certaines de ces fibres intégreront prochainement certaines parties du gigantesque réseau fibré actuel.
Le développement de nouvelles fibres très performantes, largement porté par la thématique du SDM, permet de créer des ponts avec d’autres domaines de recherche, voire d’ouvrir de nouveaux sujets d’études grâce à la mise à disposition de ces nouvelles fibres. Nous avons vu un exemple avec les systèmes lasers fibrés où les approches de combinaison cohérente à base de fibres multicœurs sont de plus en plus exploitées. C’est également le cas d’autres domaines de recherche comme l’imagerie bio-médicale où les fibres multimodes et multicœurs sont les objets privilégiés pour l’endoscopie optique peu invasive. Ici, la gestion du front d’onde en entrée de fibre permet notamment d’exciter, en sortie de fibre, un objet d’étude in vivo avec une très bonne résolution spatiale . Dans le domaine de la photonique non linéaire également, le caractère multimode d’une fibre ajoute une dimension supplémentaire aux phénomènes bien connus dans les fibres monomodes et donne lieu à...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SNYDER (A.W.), LOVE (J.D.) - Optical waveguide theory. - Springer (1983).
-
(2) - BURES (J.) - Optique guidée. - École polytechnique de Montreal (2009).
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(3) - OKAMOTO (K.) - Fundamentals of optical waveguides. - Academic Press (2006).
-
(4) - ZOLLA (F.), RENVERSEZ (G.), NICOLET (A.), KUHLMEY (B.), GUENNEAU (S.), FELBACQ (D.) - Foundations of photonic crystal fibers. - Imperial College Press (2005).
-
(5) - SIEGMAN (A.E.) - Lasers. - University Science Books (1986).
-
(6) - AGRAWAL (G.) - Nonlinear fiber optics. - Academic Press (2013).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Optical fibres – Part 2-10 : Product specifications – Sectional specification for category A1 multimode fibres. - IEC 60793-2-10 -
-
Optical fibres – Part 2-40 : Product specifications – Sectional specification for category A4 multimode fibres. - EC 60793-2-40 -
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Fabricant de fibres optiques multimodales en verre :
Fabricant de fibres optiques multimodales en verre :
Fabricant de fibres optiques multimodales en verre :
http://www.ofsoptics.com/fiber/
Fabricant de fibres optiques multicœurs en verre :
https://sumitomoelectric.com/rd/optical-communications-laboratory/multi-core-fiber
Fabricant de fibres optiques multimodales en plastique :
https://www.asahi-kasei.co.jp/ake-mate/pof/en/
Fabricant de multiplexeurs spatiaux pour FMF :
Fabricant de multiplexeurs spatiaux pour MCF :
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
GIS GRIFON :
...
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