Fibres optiques pour télécommunications

Une fibre optique est un guide diélectrique permettant de conduire la lumière sur une grande distance. La très grande majorité des fibres utilisées présentent une symétrie de révolution autour de leur axe et sont constituées de matériaux isotropes (verres). Notre objectif est de présenter les propriétés fondamentales de ces fibres en vue de leur application aux télécommunications, c'est-à-dire leurs propriétés concernant l'affaiblissement et la déformation subis par les signaux lors de leur propagation. Mais nous aborderons également l'étude de nouvelles structures apparues ces dernières années, les fibres microstructurées, dans lesquelles la condition d'isotropie du matériau n'est plus respectée.

C'est en 1966 que sera lancée l'idée de transporter sur de grandes distances des signaux optiques sur une fibre, mais il faudra des années pour maîtriser les procédés de fabrication et contrôler la composition des matériaux qui influe de manière décisive sur les pertes. On parviendra alors à obtenir des atténuations assez faibles pour que devienne possible la transmission des signaux sur des distances suffisamment grandes pour présenter un intérêt pratique et rendre la technique optique compétitive. Partie en 1960 de 1 000 dB/km, l'atténuation est descendue à 20 dB/km en 1975, puis 0,2 dB/km en 1984.

Comparée aux autres supports de transmission existants, la fibre optique présente une atténuation faible et quasiment constante sur une énorme plage de fréquences et offre ainsi l'avantage de bandes passantes gigantesques, permettant d'envisager la transmission de débits numériques très importants. Mais la fibre ne se réduit pas à un atténuateur parfait : la variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde est la cause principale de la dispersion chromatique, qui va entraîner une déformation des signaux transmis. Cet effet linéaire se manifeste d'autant plus que la distance est élevée, et la bande passante des signaux transmis importante. Aussi, tant que les atténuations des fibres ont été suffisamment grandes pour que le signal doive être régénéré avant d'avoir été notablement déformé, la dispersion a-t-elle été négligée. Avec la diminution des pertes et l'apparition de systèmes à très grande capacité, la dispersion chromatique est devenue un effet fondamental.

Les amplificateurs à fibre ont permis d'injecter dans les fibres des puissances importantes et de compenser les pertes de propagation ; la contrepartie en est l'apparition d'effets non linéaires, qui sont aussi une source de dégradation du signal, mais peuvent également être utilisés dans certaines conditions de manière positive pour compenser l'influence de la dispersion chromatique. Dans le cas général, effets linéaires et non linéaires interagissent et ne peuvent donc être isolés et traités séparément.

La fibre optique apparaît donc comme un milieu de propagation complexe, dont l'effet sur un signal ne peut être prédit qu'au moyen de logiciels de simulation : de nombreux laboratoires ont développé de tels outils.