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RÉSUMÉ
Cet article présente deux éléments clés des liaisons optiques : les fibres optiques et l'amplification optique. Les différents types de fibres optiques sont décrits, après un rappel du principe de fonctionnement et de leurs caractéristiques. Les fibres dites non conventionnelles, font l'objet du deuxième paragraphe. Leurs propriétés inédites peuvent être mises à profit dans un large éventail d'applications, incluant le traitement optique du signal. Enfin, les bases de l'amplification optique sont rappelées et les amplificateurs à fibre dopée terre rare, les amplificateurs Raman à fibre optique et les amplificateurs à semi-conducteurs détaillés.
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Pascale NOUCHI : Responsable du Laboratoire ondes et traitement du signal Thales Research & Technology, Palaiseau, France
INTRODUCTION
Les fibres optiques sont aujourd'hui le support établi des liaisons numériques terrestres et sous-marines à très haut débit en raison de leur très grande bande passante (de l'ordre du THz), leur faible perte linéique, leur faible encombrement, leur faible poids et leur grande immunité aux rayonnements électromagnétiques. Plus d'un milliard de kilomètres de fibres optiques est actuellement installé dans le monde et les records actuels de transmission dépassent le Pbit/s (1015 bit/s). Le domaine numérique est ainsi largement développé pour et par les activités de télécommunications civiles mais les propriétés des liaisons optiques peuvent être avantageusement utilisées dans les systèmes hyperfréquences pour la transmission de signaux analogiques et numériques.
Cet article se focalise sur deux éléments clés des liaisons optiques : les fibres optiques et l'amplification optique. L'objectif de cet article est de donner les premières bases pour permettre au lecteur d'orienter son choix pour la conception de liaison optique analogique. Le premier paragraphe est dédié aux fibres optiques de transmission. Après un bref rappel du principe de fonctionnement et des caractéristiques principales, les différents types de fibres optiques sont décrits. Les normes en vigueur sont également présentées. Les fibres dites non conventionnelles, apparues principalement dans le milieu des années 1990, font l'objet du deuxième paragraphe. Leurs propriétés inédites peuvent être mises à profit dans le traitement optique du signal. Enfin, le troisième paragraphe se focalise sur l'amplification optique. Le principe de fonctionnement ainsi que les principales caractéristiques sont présentés pour les amplificateurs à fibre dopée terre rare, les amplificateurs Raman et les amplificateurs à semi-conducteurs.
Les performances comparées de ces composants ainsi qu'une liste des principaux fournisseurs font l'objet d'un document spécifique.
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MOTS-CLÉS
fibres optiques amplification optique radio sur fibre antennes à balayage électronique systèmes hyperfréquences
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2003 par Béatrice CABON, Jean CHAZELAS, Daniel DOLFI
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1. Fibre optique
1.1 Principe de la propagation guidée
Une fibre optique est un long et fin cylindre de verre de silice, comportant un cœur central d'indice nc , supérieur à celui de la gaine qui l'entoure, ng , permettant ainsi le guidage par réflexion interne à l'interface cœur-gaine, comme le montre schématiquement la figure 1. Les dimensions typiques d'une fibre optique sont les suivantes : 10 μm à quelques dizaines de micromètres pour le cœur de la fibre, 125 μm pour la gaine. Les différences d'indice entre le cœur et la gaine Δn sont faibles, variant de ≈ 5 × 10–3 à ≈ 30 × 10–3. Elles sont obtenues en dopant le cœur avec du germanium. Il est à noter que les fibres sont généralement recouvertes d'une double gaine plastique portant ainsi leur diamètre extérieur à 250 μm. Ce double revêtement a pour mission essentielle de protéger la fibre de l'environnement extérieur.
L'optique géométrique est souvent utilisée pour décrire simplement les principes de base de la propagation lumineuse. Dans la figure 1, chaque chemin optique, succession de plusieurs réflexions internes à l'interface cœur-gaine, correspond à un mode de propagation. Ainsi, suivant le diamètre du cœur de la fibre optique, celle-ci pourra accepter un (fibre monomode) ou plusieurs (fibre multimode) modes de propagation. Les fibres multimodes commerciales actuelles ont un diamètre de cœur de 50 ou 62,5 μm, celui d'une fibre monomode ne dépasse généralement pas les 15 μm.
Les fibres monomodes sont caractérisées par leur longueur d'onde de coupure λc , longueur d'onde au-dessus de laquelle la fibre est monomode. Les fibres commerciales dites « standards » sont monomodes pour des longueurs d'onde supérieures à 1 300 nm.
Il existe plusieurs grandeurs pour caractériser l'extension spatiale du mode fondamental se propageant dans une fibre monomode. La plus courante est le diamètre de mode, mais on utilise également l'aire effective (Aeff) pour rendre compte des effets non linéaires dans la fibre. Les fibres standards ont une aire effective de l'ordre de 80 μm2, ce qui les rend peu sensibles aux effets non linéaires. à l'opposé, des fibres présentant des Aeff de l'ordre de quelques μm2 ont fait l'objet de récents développements et sont...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RICHARDSON (D.J.) et al - Space-division multiplexing in optical fibres. - Nature Photonics, vol. 7, p. 354-362 (2013).
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(2) - FLEMING (J.W.) - Dispersion in GeO2-SiO2 glasses. - Appl. Opt., 23, p. 4486-4493 (1984).
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(3) - KNIGHT (J.C.) et al - Pure silica single-mode fiber with hexagonal photonic crystal cladding. - Optical fiber communication conference, Technical Digest (OFC'96), San Diego, CA, USA, paper PD3 (1996).
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(4) - KNIGHT (J.C.) et al - Photonic band gap guidance in optical fibers. - Science, 282, p. 1476-1478 (1998).
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(5) - TAJIMA (K.) - Low loss PCF by reduction of hole surface imperfection. - Proc. 33rd Europ. Conf. Opt. Commun. (ECOC'07), Berlin, Germany, paper PDP 2.1 (2007).
-
(6) - ROBERTS (P.J.) et al - Ultimate low loss of hollow-core photonic crystal fibers. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Optoélectronique-hyperfréquence – Composants pour la photodétection et la commutation optique.
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Optoélectronique-hyperfréquence – Composants : laser, modulation et liaisons optiques.
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Optoélectronique-hyperfréquence – Traitement optique des signaux micro-ondes.
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Optoélectronique-hyperfréquence – Interactions lumière-composants semi-conducteurs.
-
Optoélectronique-hyperfréquence – Marché des composants et fonctions (comparatif).
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...
ANNEXES
OptiFiber : logiciel commercial de simulation de propagation dans les fibres optiques http://www.optiwave.com/products/fiber.html
RP Fiber Power : logiciel commercial de simulations de laser et amplificateurs à fibre optique http://www.rp-photonics.com/software.html
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Congrès :
JNOG (Journées nationales de l'optique guidée) a lieu tous les ans en France.
ECOC (European Conference on Optical Communication), a lieu tous les ans en Europe, dans des pays différents.
CLEO Europe (Conference on Lasers and Electro Optics) a lieu tous les deux ans à Munich (années impaires) http://www.cleoeurope.org
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UIT-T G.652...
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