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RÉSUMÉ
Les fibres optiques jouent un rôle majeur dans les réseaux de télécommunications modernes. Leur structure et leurs caractéristiques, la propagation des signaux et les distorsions qu’ils subissent sont décrites. Aujourd'hui ce sont les fibres classiques qui sont principalement utilisées dans les réseaux. Mais les « fibres spéciales », et en particulier les fibres microstructurées connaissent des développements intéressants.
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Michel JOINDOT : Ancien élève de l'École polytechnique - Ingénieur en Chef des télécommunications
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Irène JOINDOT : Ingénieur Ensi Caen - Docteur de l'Université de Montpellier, habilitée à diriger les recherches
INTRODUCTION
Lne 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.
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- Version archivée 1 de mai 1999 par Michel JOINDOT, Irène JOINDOT
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8. Fibres à maintien de polarisation et fibres à compensation de dispersion
8.1 Fibres à maintien de polarisation
Comme il a déjà été indiqué, un guide à symétrie de révolution ne conserve pas la polarisation des ondes électromagnétiques qui s'y propagent, puisqu'il n'existe aucune direction privilégiée (en électromagnétisme, c'est la notion de dégénérescence de mode). En transmission à longue distance, cette propriété n'est pas gênante, c'est le récepteur qui va, lorsque la polarisation est porteuse d'information, la récupérer à partir du signal reçu : c'est le cas dans les systèmes utilisant des schémas de modulation sur deux porteuses orthogonales.
Dans d'autres applications en revanche comme dans les amplificateurs ou les lasers à fibre, il est nécessaire de transporter un signal sans changer sa polarisation : c'est à cet objectif que répondent les fibres à maintien de polarisation (en anglais PMF Polarization Maintaining Fiber ). Une fibre à maintien de polarisation est une fibre qui est rendue biréfringente par application d'un traitement qui brise sa symétrie de révolution, par exemple une contrainte différentielle lors de sa fabrication. Elle présente alors des propriétés de propagation différentes selon la polarisation du signal qui s'y propage ; elle est caractérisée par un axe lent et un axe rapide, associés à deux vitesses de propagation différentes. La fibre à maintien de polarisation n'est donc pas utilisée pour la transmission à longue distance, mais à l'intérieur de dispositifs eux-mêmes présents dans les systèmes de télécommunications.
Un exemple très connu est la fibre Panda ainsi nommée à cause de sa représentation en coupe qui est illustrée sur la figure 18. Les deux cœurs déterminent une direction particulière qui brise l'isotropie. Il existe d'autres structures caractérisées par des formes différentes de cœur (papillon par exemple).
HAUT DE PAGE8.2 Fibres compensatrices
C'est avec l'apparition des systèmes amplifiés à 10 Gbit/s qu'est apparue la nécessité de compenser la dispersion chromatique apportée par la fibre, génératrice des distorsions du signal. Un signal à 2,5 Gbit/s ne subit une distorsion sensible...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOINDOT (M.I.) et douze coauteurs - Les télécommunications par fibres optiques. - Collection Technique et Scientifique des Télécommunications. Dunod (1996).
-
(2) - VASSALLO (C.) - Théorie des guides d'ondes électromagnétiques. - 2 tomes, Eyrolles, Paris (1985).
-
(3) - MARCUSE (D.) - Loss analysis of single mode fiber splices. - Bell System Technical Journal, 56, p. 703-718 (1977).
-
(4) - PETERMANN (K.) - Fundamental mode microbending loss in graded index and W fibers. - Optical and Quantum Electronics (GB), 9, p. 167-175 (1977).
-
(5) - AGRAWAL (G.P.) - Non linear fiber optics. - Academic Press New York (1989).
-
(6) - MOLLENAUER (L.F.), EVANGELIDES (S.G.), HAUS (H.A.) - Long distance soliton propagation using lumped amplifiers and dispersion shifted fibers. - IEEE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Deux conférences majeures se tiennent chaque année, au cours desquelles sont présentées les dernières avancées dans le domaine de la recherche en télécommunications optique :
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ECOC (European Conference on Optical Communications) qui a lieu dans une ville européenne en septembre. L'adresse du site est http://www.ecocxxxx.org où xxxx désigne l'année ;
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OFC (Optical Fiber Communications Conference) qui a lieu aux États Unis en février mars http://www.ofcnfoec.org
Recommandations concernant les divers types de fibres optiques pour les télécommunications disponibles sur le site de l'Union Internationale des Télécommunications (UIT) à l'adresse http://www.itu.int/rec/T-REC-G.652/fr
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