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Article

1 - INTRODUCTION ET DÉFINITIONS

2 - CONSIDÉRATIONS THÉORIQUES

3 - TECHNOLOGIES D'INTERCONNEXION

4 - AXES DE RECHERCHES ET ÉVOLUTION À LONG TERME

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : E3652 v2

Considérations théoriques
Interconnexions optiques

Auteur(s) : Mathias PEZ

Date de publication : 10 avr. 2014

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RÉSUMÉ

Les progrès de la microélectronique ont permis l’augmentation des débits d’information. Les techniques de modulations optiques, utilisées dans les télécoms, ne sont pas toujours satisfaisantes ou adaptées pour le transfert de l’information haut débit sur courtes distances. Il est donc nécessaire de mettre en place des solutions de transmission optique en bande de base. Cet article décrit les bases des communications optiques sur courtes distances, communément appelées « interconnexions optiques ». Après un rappel des considérations théoriques sur la propagation dans les fibres optiques, il détaille les technologies d’interconnexion, à savoir les principes d’alignement et de couplage, les transmetteurs/récepteurs optiques et autres fonctions associées. Il présente finalement les principaux axes de recherches et évolutions envisageables.

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Auteur(s)

  • Mathias PEZ : Active components and systems business unit director (D-Lightsys) chez Radiall - Enseignant à l'École spéciale de mécanique et d'électricité (ESME-Sudria) - Spécialisation de l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (SUPAERO), Toulouse, France

INTRODUCTION

De nos jours, être connecté partout et en tout temps est devenu un mode de vie. Alors que les flux d'informations ne cessent d'augmenter et les réseaux d'être multipliés, la rapidité et la qualité de transfert d'informations deviennent primordiales. Pour répondre à ce besoin, la fibre optique et les communications numériques sont aujourd'hui omniprésentes, que ce soit par exemple dans les télécommunications très haut débit sur longues distances, dans les réseaux de capteurs de très courtes distances ou encore dans le traitement de signaux.

Le développement très rapide des nanotechnologies de fabrication (cristaux photoniques, métamatériaux, plasmonique, biophotonique...) a pour sa part entraîné des évolutions importantes dans le domaine de la photonique intégrée, permettant une intégration de plus en plus évoluée d'un nombre toujours croissant de fonctions électroniques dans des composants de taille sans cesse réduite.

Ces évolutions mènent donc naturellement à des techniques d'interconnexion optique dont les avantages intrinsèques (atténuation, cohérence, parallélisme, intégration, etc.) et l'utilisation massive dans les réseaux de communications longues distances en font un candidat idéal pour les liaisons entre composants.

Cet article introduit les technologies d'interconnexions optiques, leurs avantages et inconvénients face aux interconnexions traditionnelles. Après un bref rappel des notions de propagation guidée, les composants appropriés aux interconnexions optiques et des notions sur la conception des interfaces optoélectroniques seront présentés au lecteur, afin qu'il soit en mesure d'appréhender les différentes technologies mises en œuvre au sein des modules optoélectroniques. Cet article décrit l'impact des interconnexions optiques sur l'architecture physique et logicielle des systèmes de traitement et de communication. Les différentes technologies passives et actives sont détaillées pour aboutir à la réalisation de modules intégrés et à leur caractérisation en environnement.

En conclusion, les nouveaux axes de recherche seront introduits. Associés à la très forte croissance de la microélectronique, ils devraient permettre aux interconnexions optiques de s'imposer dans le domaine des communications entre cartes, entre composants et éventuellement au sein même d'un composant.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e3652


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2. Considérations théoriques

2.1 Rappels de propagation

Il existe deux approches permettant d'appréhender la propagation du rayonnement électromagnétique dans les fibres. La comparaison de ces deux approches est intéressante pour la bonne compréhension de la suite de l'exposé. La première approche, la plus simple à mettre en équation, se base sur les lois de Snell-Descartes ; c'est l'approche optique géométrique. La seconde approche tient compte du fait que la lumière est un rayonnement électromagnétique et se base donc sur la résolution des équations de Maxwell  .

HAUT DE PAGE

2.1.1 Approche optique géométrique

L'optique géométrique fait l'hypothèse que la longueur d'onde est faible devant les dimensions du système, en l'occurrence, le guide d'onde ou par extension les fibres optiques à saut d'indice. Elle permet l'obtention facile des conditions de guidage du rayonnement optique. Les conditions de guidage du faisceau optique dans le guide s'obtiennent en considérant l'interface entre le cœur et la gaine et en ramenant ces dernières à l'entrée du guide (figure 8).

Le guidage dans le milieu ne pourra se faire que si l'indice...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PÉREZ (J.P.) -   Optique géométrique et ondulatoire.  -  Éditions Masson (1994).

  • (2) - CHARTIER (G.) -   Manuel d'optique.  -  Éditions Hermes (1997).

  • (3) - SMITH (W.J.) -   Modern optical engineering.  -  Mac Graw-Hill (1990).

  • (4) - KASTLER (A.) -   Optique.  -  Éditions Masson (1992).

  • (5) - SALE (T.E.) -   Vertical cavity surface emitting lasers.  -  John Wiley & Sons, Inc. (1997).

  • (6) - MICKELSON (A.E.), BASAVANHALLY (N.R.), LEE (Y.C.) -   Optoelectronic Packaging.  -  John Wiley & Sons, Inc. (1997).

  • (7) - BUCHWALD (A.), MARTIN (K.) -   Integrated...

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