TPE sur les fibres optiques

« optique multimodale, si elle est à saut d'indice, le débit est limité à 50 Mbps, si elle est à gradient d'indice, le débit est alors poussé à 1 Gbps.

Pour une fibre monomodale, le débit peut aller jusqu'à 14 Tbps sur une distance de 160 kilomètres! Il faut noter que plus la distance est grande, moins le débit peut être élevé .

En effet, les pertes sont nombreuses et sans la diminution de celles-ci, la fibre optique ne pourrait pas être utilisée aujourd'hui sur de longues distances comme c'est le cas.

En 1960,I'atténuation atteignait la valeur de 1 000 dB/km et aujourd'hui cette valeur se limite à 1,14 dB/km ! Pour arriver à de tels résultats, il a fallu mettre en place une réamplification périodique du signal, le plus généralement par l'utilisation d'amplificateurs optiques.

LES AMPLIFICATEURS OPTIQUES Apparu dans les années 1970 sous la forme d'un amplificateur à semi-conducteurs, l'amplificateur optique permettait d'amplifier l'amplitude d'un signa l dans une large gamme de fréquences mais provoquait en contrepartie l'apparition de non linéarités.

C'est pourquoi, dès la fin des années 1980, on voit apparaître l'amplificateur optique à fibres qui possède deux caractéristiques principales : sa linéarité par rapport au signal entrant (le signal en sortie de l'amplificateur est proportionnel au signal entrant), et le fait qu'il produise un bruit faible .

L'amplificateur peut dépasser la simple utilisation qu'on peut en faire car il permet non seulement de régénérer le signal atténué mais également de l'amplifier .

L'amplificateur optique à fibre est remarquable par sa simplicité.

Les deux isolateurs , un en entrée et un en sortie, ne laissent passer la lumière que dans un seul sens, pour éviter toute pollution due à un éventuel retour de lumière dans la cavité.

À l'intérieur du dispositif, on trouve une pompe , en général un laser à semi-co ndu cteurs et une fibre dopée avec les ions appropriés (les plus utilisés sont les ions erbium).

Le multiplexeur permet de coupler la lumière de la pompe et la lumière du signal d'entrée.

La pompe place les atomes qui se trouvent dans la partie de fibre dopée dans un état excité.

Lorsqu 'un signal lumineux passe à travers ce morceau de fibre optique dopée, il désexcite les ions qui produisent a lors des photons de même fréquence que le photon incident.

Ainsi, le nombre de photons en sortie de la fibre dopée est le double de celui en entrée :ceux du signal d'entrée en plus de ceux produits par les ions qui se désexcitent.

Le signal a donc été amplifié.

Néanmoins, on constate que du bruit apparaît.

En effet, certains ions de la fibre dopée se désexcitent spontanément.

Ces ions peuvent alors aller dans toutes les directions et provoquer eux mêmes des désexcitations spontanées.

Ce phénomène diminue également l'efficacité de l'amplificateur .

Le gain des amplificateurs dépend fortement de la longueur de la fibre dopée , de la puissance de la pompe et du signal ainsi que de la fréquence du signal d'entrée.

On parle alors de bande passante : si la fréquence du signal se trouve dans la bande passante de l'amplificateur , le signal est effectivement amplifié , mais si la fréquence du signal se trouve hors des limites de la bande passante, l'amplificateur ne joue plus son rôle et le signal n'est pas amplifié.

On a donc cherché à obtenir une bande passante la plus large possible .

Dans le cas des amplificateurs à ions erbium, il existe deux bandes passantes : la bande passante " convention nelle » entre 1525 nm et 1565 nm, appe lée Cet la bande passante" longue» entre 1570 nm et 1610 nm, appelée L.

La bande L correspond à une longueur plus importante de fibre dopée .

En associant ces deux bandes passantes, on obtient une bande passante totale de près de 90 nm.

À forte puissance, l'amplificateur sature, c'est-à-dire que la puissance de sortie n 'est plus linéairement proportionnelle à la puissance d'entrée et tend vers une valeur asymptotique .

De plus , comme on l'a vu, des phénomènes qui dégradent la qualité du signa l au cours de la propagation apparaissent.

L'un d'entre eux, le bruit , est également amplifié dans les amplificateurs optiques , tout comme les effets non linéaires.

Un dernier phénomène parasite, la dispersion chromatique , est aussi présent et elle peut être réduite par le placement sur la fibre de compensateur à fibre .

l'UTILISATION OPTIMALE DE LA FIBRE OPTIQUE À l'heure actuelle , le besoin en bande passante est une réalité.

Mais poser une fibre représente un coût et c'est pourquoi l 'on souhaite optimiser l'utilisation des libres déjà installée s en y faisant passer un maximum d'informations .

Or la bande passante d'un canal de comm unication standard (ligne torsadée, câble coaxial , fibre optique) est souvent beaucoup plus large que la bande passante nécessaire au signal.

C'est de là que vient l'idée du multiplexage : transmettre plusieurs signaux de fréquences différentes simultanément dans une même fibre optique grâce à l'importante bande passante des amplificateurs.

Il e xiste plusieurs types de multiplexage dont le multiplexage en longueur d'onde, le multiplexage temporel , et le multiplexage par paquets.

LE MULTIPLEXACE EN LONGUEUR D'ONDE Le terme multiplexage en longueur d'onde provient de l'anglais Wavelength Division Multiplexing (WDM).

Dans un système de multiplexage en longueur d'onde, un multiplexeur est placé à l'entrée de la chaine de tran smission.

Les signaux sont alors mélangés , avant d 'être séparés à la sortie par un démultiplexeur qui les envoie un à un vers un récepteur .

Suivant l'espacement entre les longueurs d'onde des différents signaux qui circulent dans la fibre , on parle de différents types de WDM .

Le CWDM (Coarse WDM ) concerne des longueurs d 'onde espacées de 20 nm.

L'avantage de ce multiplexage est son coût faible mais il ne peut contenir que 7 canaux de fréquences différente s sur une distance limitée à 120 km car les signaux ne sont pas amplifié s.

Pour des fréquences plus rapprochées, on parle de DWDM (Dense WDM) voire même de UDWDM (Ultra Dense WDM) .

L'espacement entre deux fréquences est alors de 0,8 nm, 0,4 nm voire 0 ,1 nm.

Il est ainsi possible de contenir 160 canaux pour le DWDM et plus de 400 canaux pour le UDWDM.

On utilise généralement deux domaines d'application classique s : • Le WDM longue portée, appelé " long haul » , appliqué sur de longues distances supérieure s à lOO km, avec des régénérateurs de signal tous les 80 km environ et qui utilise la technologie de Den se WDM .

Les débits produits sont très élevés, de l'ordre du Gbps.

• Le WDM métropolitain, utilisé pour relier de courtes distances inférieures à lOO km comme dans le cas d 'un réseau au sein d'une entrepri se par exemple .

La technologie utilisée est celle du Coarse WDM et du Dense WDM, généralement sans nœud de régénération.

LE MULTIPLEXACE TEMPOREL La deuxième manière d 'effectuer un multiplexage est le multiplexage temporel : on parle également de lime Division Multiplexing (TOM) : cette technique consiste à affecter à chaque flux la totalité de la bande passante pendant une plage horaire très courte et ensuite à faire passer un second flux pendant un temp s identique et de changer ainsi pour les différents flux.

Chaque flux est ainsi reconstitué à son arrivée au bout de la fibre optique .

De cette manière, les flux ne sont pas tran smis en même temps mais on a l'impression que les flux passent simultanément parce que le temps de transmission de chaque flux est très court .

C'est un multiplexeur qui accepte les requêtes de chaque utilisateur, sépare le signal en différents segments puis affecte le signal décomposé à une séquence répétitive qui répartit l'ordre de passage des différents flux.

Le signal final qui passe dans la fibre est donc un mélange des données des différents utilisateurs .

À l'autre bout de la fibre , les différentes parties du signal sont de nouveau séparées par un circuit appelé démultiplexeur et acheminées vers les bons destinataires .

On peut transmettre des données dans les deux sens en même temps mais il faut pour cela placer un multiplexeur et un démultiplexeur à chaque extrémité et utiliser une large bande passante.

La flexibilité de ce système est un élément très important.

En effet , le s y stème doit constamment adapter le nombre d 'utilisateurs différents qui souhaitent faire passer des données.

C'est pourquoi dans certains cas le WDM lui est préféré .

LE MODE PAR PAQUETS La troisième manière de transmettre des données dans une fibre optique est le mode par paquet.

Ici, les informations sont découpées par paquets de manière asynchrone, c'est­ à-dire sans suivre de séquence précise.

Ainsi, les paquets peuvent avoir une taille différente et être séparés par des silences de longueurs également variables .

Le débit de ce type de multiplexage est donc fortement variable.

Pour démultiplexer un tel signal , un élément différenciant est nécessaire .

Celui-ci e st situé soit au début du paquet soit en fin.

Il indique à quel signal initial correspond chaque segment du signal transmis.

Cette méthode est particulièrement flexible quand la charge du réseau varie :en effet,l 'asynchronisme permet la mise en attente de signaux en cas de congestion sur le réseau (lorsque trop d 'utilisateurs souhaitent se servir du réseau en même temp s, on crée donc des files d'attente de manière automatique) .

Les réseaux IP (Internet Protocol) utilisent notamment cette méthode de multiplexage.

Quand on parle de longue distance , on pense immédiatement aux câbles tran satlantiques mais dans la réalité les opérateurs de télécommunications possèdent une infrastructure de plusieurs millions de kilomètres de liaisons, aussi bien au niveau téléphonique (maintenant complètement numérisé) qu'au niveau de la toile Internet .

Il est encore possible de faire évoluer le réseau optique en France et de multiplier les débits proposés par 10 ou par lOO en remplaçant uniquement les équipements en place et ceci pour des coûts très réduits .

En effet.

la majeure partie du coût d'un réseau optique correspond à la pose des câbles et de leurs infrastructures d'accueil.

La fibre optique représente un modèle d'évolution technique intéressant et une solution pérenne aux nouveaux défis de transmission de données à condition de disposer des infrastructures (fourreaux équipés en fibre) DU MULTIPLEXAGE PARTOUT Le multiplexage apparaît comme un procédé très récent.

Cette technologie est pourtant utilisée depuis plusieurs années déja par le réseau téléphonique .

Il serait inenvisageable que chaque abonné dispose de son propre fil, les lignes ont donc été multiplexées afin de véhiculer plusieurs appels en même temps.

Le multiplexage a ensuite été utilisé dans le milieu de l'aviation et de l'automo bile où un nombre réduit de fils permet de contrôler des calculateurs et des équipe ments de sécurité et de confort toujours plus nombreux .

Le système ROS des radios s'appuie également sur le multipl exage .

Dans un message unique se trouve, en effet, le message sonore, le nom de la station et des informations complémentaires comme l'info trafic.

Le multiplexage en longueur d'onde 5 1 G N A u x A T R A N 5 M E T T R E r ésea u ou pris m e ré se au ou prisme. »