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RÉSUMÉ
Apparue dans les réseaux au début des années 1980, la technologie des fibres optiques a atteint la maturité industrielle avec plusieurs centaines de millions de km fabriqués par an. Elle continue à évoluer pour supporter des débits de plus en plus élevés: 400 Gbit/s par longueur d’onde et plusieurs dizaines de Tbit/s par fibre grâce au multiplexage en longueur d’onde. Les mesures des paramètres structurels et des performances des fibres en atténuation et en dispersion doivent donc être de plus en plus précises et reproductibles. Le but de cet article est de bien définir ces différents paramètres et de décrire les méthodes de mesure actuellement utilisées dans l’industrie et les réseaux.
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Fiberoptic technology appeared in the communication networks at the beginning of the 1980s. It has reached industrial maturity with several hundred million kilometers manufactured each year. It is still evolving to support higher and higher bit rates: 400 Gbps per wavelength and several tens of Tbps thanks to wavelength division multiplexing. Thus the measurement of the structural parameters and the attenuation and dispersion performance of the fibers has to be more and more precise and reproducible. This article strictly defines these parameters and describes the measurement methods currently used in industry and networks.
Auteur(s)
-
Pierre LECOY : Professeur Centrale Supelec, président du Club « Fibres Optiques et Réseaux » de la SFO - Chercheur au laboratoire ETIS (UMR8051) ENSEA/UCP, Cergy-Pontoise, France
INTRODUCTION
Utilisant le principe, connu depuis fort longtemps, des fontaines lumineuses, les fibres optiques, minces cheveux de verre très transparents, ont fait l’objet d’applications décoratives, puis plus utilitaires (éclairage, endoscopie), avant de connaître, depuis la fin des années 1970, un développement spectaculaire dans le domaine des télécommunications. Déjà proposé par les théoriciens (Charles Kao en 1966, qui a obtenu pour cela le prix Nobel de physique en 2009), ce développement a été rendu possible grâce à la maîtrise des diodes laser à semi-conducteurs, aux progrès dans la technologie de fabrication des fibres optiques, permettant une très faible atténuation et une résistance mécanique suffisante, et à la mise au point de câbles, connecteurs, composants passifs et procédés de raccordement.
Successivement, l’introduction des techniques de multiplexage en longueur d’onde, d’amplification optique, de commutation optique, de transmission cohérente et de multiplexage de polarisation, en attendant le multiplexage de modes, ont permis de faire exploser les capacités de transmission et d’accompagner le déploiement de l’internet, les débits par fibre étant passés en 30 ans de 560 Mbit/s (liaison transatlantique TAT8 en 1988) à plusieurs dizaines de Tbit/s.
Possédant des qualités inégalées en termes d’atténuation (la limite théorique des 0,16 dB/km à 1 550 nm étant pratiquement atteinte depuis des années) et de bande passante, les fibres optiques possèdent aussi des qualités remarquables de faible poids, de souplesse, de non-corrosion, d’isolation électrique et surtout d’insensibilité aux perturbations électromagnétiques, donc de sécurité, qui ont permis des applications dans des domaines très variés. À côté des applications spectaculaires que sont d’une part les liaisons sous-marines (plus d’un million de km de câbles assurant plus de 98 % du trafic mondial) et d’autre part les réseaux FTTH (fiber to the home, plusieurs centaines de millions d’abonnés dans le monde) sans oublier les réseaux terrestres où elles ont supplanté les autres supports, les fibres optiques se déploient massivement dans les réseaux locaux d’entreprises ou les réseaux embarqués (réseaux où les fibres multimodes restent utilisées). Et loin d’être concurrencées par les réseaux de mobiles, elles jouent un rôle essentiel dans le déploiement des antennes des réseaux 4G et 5G. Enfin, il a été constaté que l’introduction des fibres optiques réduit sensiblement la consommation d’énergie par le réseau.
Mais les qualités des fibres leur ouvrent d’autres applications dans des domaines plus variés : automobile, aéronautique, médecine, robotique, automatisme, éclairage, imagerie (endoscopie), transport de faisceaux laser même de forte puissance. Notamment, l’instrumentation et les capteurs à fibres optiques sont sortis des laboratoires et sont largement utilisés en génie civil, surveillance des ouvrages, avionique, médecine, nucléaire, analyses physico-chimiques, etc.
Toutes ces applications ont naturellement nécessité une normalisation progressive des fibres optiques, principalement sous l’égide de l’Union internationale des télécommunications, mais aussi des méthodes de mesure de leurs paramètres, en commençant par une définition précise de ceux-ci, ce qui ne s’est pas toujours fait sans de longues discussions entre les acteurs (fabricants et utilisateurs de fibres et d’appareil de mesures, opérateurs, organismes de normalisation, autorités de régulation…). L’objet de cet article est d’expliquer ces problématiques et les solutions pratiquées industriellement.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
attenuation | measurements | optical fibers | dispersion
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1985 par Michel MONERIE, Pierre SANSONETTI
- Version archivée 2 de juil. 1992 par Jean-Claude BIZEUL
- Version archivée 3 de déc. 2004 par Philippe DUPONT
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Notions essentielles sur les fibres optiques
1.1 Différents types de fibres optiques
La distinction la plus fondamentale est à faire entre les fibres multimodes et les fibres monomodes . Le terme « multimode », qui fait souvent l’objet d’erreurs d’interprétation (il ne signifie pas le multiplexage en longueur d’onde !) veut dire que plusieurs modes électromagnétiques, correspondant à différents rayons lumineux au sens de l’optique géométrique, se propagent dans le cœur de la fibre sur des trajets et avec des temps de parcours différents. Il en résulte une dispersion temporelle, donc une réduction du produit longueur x bande passante. Concrètement, la fibre est multimode si le diamètre de son cœur est beaucoup plus grand que la longueur d’onde. C’est son avantage principal car il permet des connecteurs et des interfaces ayant une précision mécanique moins élevée, donc moins coûteux, et les fibres multimodes restent largement utilisées dans les réseaux locaux.
Inversement, les fibres monomodes ne guident qu’un mode (mais peuvent supporter de nombreuses longueurs d’onde différentes) et permettent à la fois des débits et des distances bien plus élevées. En contrepartie les connecteurs et interfaces sont plus coûteux (mais pas la fibre elle-même). Elles représentent donc la très grande majorité du marché qui est de près de 300 millions de km par an, dans les longues distances mais aussi dans les réseaux FTTx, et permettent de suivre l’évolution du trafic qui continue à croître de plus de 25 % par an.
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Notions essentielles sur les fibres optiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MUR (J.M.) - Les fibres optiques, notions fondamentales. - Éditions ENI (2015).
-
(2) - LECOY (P.) - Communications par fibres optiques. - Hermès-Lavoisier (2015).
-
(3) - JEUNHOMME (L.) - Single-mode fiber optics. - Dekker (1993).
-
(4) - MICHALZIK (R.) - VCSELs, fundamentals, technology and applications of vertical cavity surface emitting lasers. - Springer (2013).
-
(5) - LAUDE (J.P.) - Dense wavelength division multiplexing. - Artech (2002).
-
(6) - SNYDER (A.), LOVE (J.) - Optical waveguide theory. - Chapman & Hall (1983).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Optisystem 15.0 d’Optiwave ( https://optiwave.com) : simulation de liaisons sur fibres optiques
Comsol Multiphysics ( https://www.comsol.fr) : modélisation et simulation de dispositifs optiques passifs et actifs
HAUT DE PAGE
Fiber Systems : https://www.fibre-systems.com
Lightwave Direct : https://www.lightwaveonline.com
Photonics news : http://optics.org/
HAUT DE PAGE
Congrès de la Société Française d’Optique, toutes les années paires en France (2018 : Toulouse) : http://www.sfoptique.org/
ECOC (European Conference on Optical Communications), tous les ans en Europe (2018 : Rome) : ...
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