Chapitre 1 : ETUDE DE LA FIBRE OPTIQUE
1. HISTORIQUE ET GENERALITES [1.1]
1.1 Définition de la fibre optique
Une fibre optique est un guide d'onde cylindrique qui transmet
l'information sous forme de lumière à travers des longues
distances avec un débit élevé. Elle peut être
représentée par une partie centrale (coeur) d'indice de
réfraction n1 entourée d'une gaine dont l'indice de
réfraction n2 est légèrement plus faible (Figure 1). Le
coeur, constitué d'un matériau diélectrique transparent,
est généralement de la silice dopée en oxyde de germanium
GeO2 et/ou de potassium P2 O5.
La plupart des fibres optiques ont un coeur de symétrie
cylindrique autour d'un axe noté Oz appelé axe de propagation. La
section transverse présente une différence d'indice entre le
coeur et la gaine qui peut être discontinue (fibre à saut
d'indice) ou graduelle (fibre à gradient d'indice).
Figure.1 : schéma simplifié de la fibre optique
1.2. Historique
Dans les années 70 Les réseaux de
télécommunication reposent sur deux types de systèmes : le
câble coaxial et les faisceaux hertziens :
+ le câble coaxial possède, quant à lui, une
longueur du pas de régénération beaucoup plus faible du
fait de la très forte atténuation du milieu.
Le système de base de ces réseaux a une
capacité de 140 Mbit/s avec un espacement entre chaque
répéteur de l'ordre de 2 km. Les derniers développements
sur ces lignes de transmission ont permet d'obtenir une capacité de 560
Mbit/s avec le même espacement entre répéteurs. Comme
à l'époque les câbles interurbains disposaient typiquement
de 8 à 12 paires, la capacité d'une ligne atteignait 2 ou 3
Gbit/s
+ Le réseau hertzien est basé sur une
infrastructure de relais (distant d'environ 50 km les uns des autres) et
utilise diverses bandes de fréquences essentiellement autour de 6/7 GHz
et 11 GHz. De 1975 à 1985, la recherche se concentre sur les
problèmes que pose l'augmentation de la bande passante liée au
passage de l'analogique au numérique, et des développements
importants voient le jour. Ainsi, des faisceaux hertziens permettant la
transmission de 8 canaux (7 plus un canal de secours) à 140 Mbit/s, soit
environ 1 Gbit/s sur un lien sont disponibles dès la fin des
années 80. Le rendement spectral, qui représente
l'efficacité dans l'utilisation du spectre, atteint alors environ 4
bit/s/Hz, grâce à des schémas de modulation performants.
En 1980, les premiers systèmes de transmission optique
apparaissaient. Ce développement commercial est l'aboutissement de plus
de deux décennies de recherche de base pour obtenir des composants et
dispositifs (en particulier des sources), mais aussi des fibres dont
l'atténuation est compatible avec les exigences d'un réseau de
télécommunication : en 1970, la compagnie Corning Glass Works de
New York, produit la première fibre optique avec des pertes suffisamment
faibles (20dB/km) pour être utilisée dans les réseaux de
télécommunications (actuellement les pertes sont de l'ordre de
0,15 dB/km).
Les premières années de la fibre optique sont
marquées par des évolutions importantes :
> Le passage consécutif de la première
fenêtre de transmission autour de
850 nm (fibre multimode) à la deuxième autour de
1310 nm (minimum
d'atténuation d'environ 0,3 à 0,4 dB/km), puis
à celle autour de 1550 nm (minimum d'atténuation de 0,15 dB/km),
qui est la norme aujourd'hui en matière de réseau. Ces
changements de fenêtre de transmission ont été rendus
possibles par l'amélioration des techniques de fabrication des
préformes et au développement des sources optiques.
> Le passage de la fibre multimode, utilisée dans
les premières expérimentations, à la fibre monomode dont
la connexion est plus problématique mais, qui propose des débits
sans rapport avec la première. La fibre multimode conserve cependant sa
pertinence dans d'autres domaines tels que l'aéronautique par
exemple.
Même si, dans les premières années, le
réseau optique a un débit qui ne surpasse pas encore celui des
lignes de transmission utilisant le câble coaxial, il présente
quand même un avantage indéniable face à ce dernier :
l'espacement entre chaque répéteur est plus important, de l'ordre
de quelques dizaines de kilomètres (par exemple environ 70 km pour un
système à 560 Mbit/s à 1550 nm).
L'avantage de la fibre optique par rapport au câble
coaxial (augmentation du pas de régénération et donc
diminution des répéteurs et des coûts de fabrication des
lignes de transmission) va trouver un champ d'application dans le domaine des
télécommunications très longues distances (en particulier
dans les lignes de transmission sous-marines) : des câbles optiques
furent envisagés dès lors que la fiabilité des composants
optiques permet de les immerger. Le premier câble sousmarin
transatlantique TAT 8 (Trans-ATlantic cable) utilisant des fibres optiques fut
posé en 1988 et offre une capacité de 280 Mbit/s par paire de
fibres à 1310 nm. TAT 9 qui suivit en 1991, travaille quant à lui
à 1550 nm, avec une capacité de 560 Mbit/s par paire de
fibres.
La notion de ligne de transmission «tout-optique»
faisant appel exclusivement à la fibre optique apparaît au
début des années 1990.
De 1992 à 1996, vont se bâtir les réseaux
« tout-optique » de grande capacité utilisant la fibre
monomode standard appelée G-652 dans la norme ITU-T, chaque fibre
étant capable de transporter un débit de 2,5 Gbit/s avec un pas
moyen de régénération de 90 km.
Cette évolution technologique des réseaux «
tout-optique » a été rendue possible par la mise au point
d'amplificateurs optiques dès la fin des années 80. En
général, l'amplificateur utilise une fibre dopée à
l'erbium dans laquelle se produit un mécanisme de transfert de puissance
entre une pompe optique et le signal à transporter ; ainsi cela permet
de contrôler sans conversion électrooptique la puissance des
signaux transmis et compense les pertes subies lors de la propagation.
En 1995 le premier réseau sous-marin utilisant la
technologie de l'amplification optique à fibre dopée à
l'erbium (EDFA pour Erbium Doped Fiber Amplifier) est mis en service. Cette
liaison longue de 6300 km (TAT 12, TAT 13) comporte 133 répéteurs
en ligne et propose un débit total de 10 Gbit/s transmis sur deux
fibres, équipées chacune d'une longueur d'onde modulée
à 5 Gbit/s.
Enfin la véritable révolution technologique va
se produire avec l'apparition du multiplexage en longueur d'onde ou WDM (pour
Wavelength Division Multiplexing) qui amène donc une multiplication par
un facteur considérable de la capacité du réseau.
L'intérêt principal de cette technique, qui a fait sa
popularité, est de pouvoir réutiliser la fibre déjà
installée, ce qui n'entraîne pas de surcoût pour de
nouvelles infrastructures
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