Télécommunications Optiques

Synthèse des principaux éléments constitutifs des télécommunications optiques

Afin d’approcher et d’apprécier les techniques des communications optiques à très haut débit, j’aimerais retracer avec vous, leurs histoires, leurs évolutions, montrant ainsi les étapes et l’essor exponentiel que connaissent aujourd’hui ces véritables « Autoroutes de l’Informations».

Au début des années 50, l’idée de transmettre des signaux à haut débit en utilisant des porteuses dans les régions optiques était déjà établie. Malheureusement, à cette époque là, n’étaient disponibles ni source de lumière, ni milieu de transmission appropriés. En 1960, suite à l’invention de la diode laser, l’attention des chercheurs s’est focalisée sur le développement d’un milieu de transmission adéquate.

A la fin des années 60, le concept de confinement de la lumière, ainsi que la possibilité d’utiliser des fibres optiques, comme milieu de transmission étaient largement diffusés. Le seul problème qui restait à résoudre, était le haut niveau de perte de propagation qui, à l’époque atteignait 1000 dB/km.

Au début des années 70, deux événements ont beaucoup favorisé le développement des transmissions par fibres optiques. D’une part, la première diode laser AsGa a été réalisée. D’autre part, des fibres optiques avec des atténuations de l’ordre de 20 dB/km, pour des longueurs d’onde proche du micron, ont été développées.

La 1^er génération commerciale de système de communication à fibre optique est disponible dès 1980, (par fibre multimode en silice à λ = 0,8 μm et un répéteur tous les 10 km), atteignant ainsi un débit de 45 Mb/s.

En même temps une 2^ème génération voit le jour, mais cette fois-ci avec des fibres optique à λ = 1,3 μm. Alors que la première utilisait des lasers avec des hétérojonctions du type GaAs/GaAlAs, la deuxième utilisait des composants avec des hétérojonctions de type InGaAsP/InP. Au début de leurs introductions, l’avantage le plus important, était une plus faible atténuation des fibres à λ = 1,3 μm (~1 dB/km), et donc une augmentation de la distance entre répéteurs, avec un débit de 100 Mb/s (cette limite est due à la dispersion intermodale des fibres multimodes).

A la fin des années 80, grâce aux fibres monomodes, étaient disponibles sur le marché, des systèmes avec des débits de transmission de 1,7 Gb/s, et des séparations entre répéteurs de 50 km avec des fibres monomodes de silice, présentant une atténuation d’environ 0,6 dB/km à λ = 1,3 μm. D’autre part, le niveau d’atténuation le plus faible, lui se trouve à λ = 1,55 μm (fenêtre de transmission). Ceci a motivé le développement d’une troisième génération de systèmes de transmission optique.

En 1989, les systèmes utilisent la longueur d’onde à 1,55 μm avec un débit de 10 Gb/s. Cependant pour atteindre ce débit de transmission sur de longue distance, il aura été nécessaire d’utiliser des diodes lasers monomodes et des fibres à dispersion décalée. Pour les systèmes de 3^ème génération, les distances de régénération atteignent 60 à 70 km en utilisant le schéma classique de la détection d’amplitude (récepteur hétérodyne ou cohérent). En 1990, les amplificateurs optiques dopés à l’erbium (EDFA) apparaissent, ils introduisent un gain de 40 dB, séparés de 60~100 km, ils permettent ainsi des liens de transmissions sur plusieurs milliers de kilomètres (régénération purement optique !!!).

Nous voilà maintenant entrés dans la « 4^ème génération », avec les techniques de multiplexage temporel (TDM) et multiplexage en longueur d’onde (WDM), couplé aux amplificateurs optiques, sources lasers accordables en longueur d’onde. Cela permet actuellement d’obtenir des débits de transmission de l’ordre de 40 Gb/s (début du très haut débit) sur des dizaines de milliers de km (comme les liaisons transocéaniques) avec des répéteurs tous les 100~150 km. C’est cette technologie de communication optique que nous allons approfondir, à partir du chapitre suivant !

Comme nous le verrons dans le chapitre des perspectives, une 5^ème génération et en train de ce dessiner. Par l’utilisation de nouvelle technique, comme la transmission par soliton, l’emploi de fibre optique à base de cristaux photoniques (μstructurees) ou fibre à trous, la transmission en double bande (C+L), la réduction de l’écart spectrale entre chaque longueur d’onde, l’augmentation du nombres de longueurs d’ondes, etc. Une fois ces techniques maîtrisées le débit passerait au Tb/s (160 Gb/s ~ 10 Tb/s testé actuellement en laboratoire), certains « pseudo rêveurs » parlent déjà du Pb/s, ce qui laisse entrevoir l’énorme potentiel des

communications optiques à très haut débit.