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Fibre

Fibres monomodes et multimodes

Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon le diamètre de leur cÅ“ur et la longueur d’onde utilisée : les fibres monomodes et multimodes

Fibres multimodes

Les fibres multimodes (dites MMF, pour Multi Mode Fiber), ont été les premières sur le marché. Elles ont pour caractéristique de transporter plusieurs modes (trajets lumineux). Du fait de la dispersion intermodale, on constate un étalement temporel du signal proportionnel à la longueur de la fibre. En conséquence, elles sont utilisées uniquement pour des bas débits ou de courtes distances. La dispersion modale peut cependant être minimisée (à une longueur d’onde donnée) en réalisant un gradient d’indice dans le cÅ“ur de la fibre. Elles sont caractérisées par un diamètre de cÅ“ur de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de micromètres (les cÅ“urs en multimodes sont de 50 ou 62,5 µm pour le bas débit). Cependant les fibres les plus récentes, de type OM3, permettent d’atteindre le Gbit/s sur des distances de l’ordre du km. Les longues distances ne peuvent être couvertes que par des fibres optiques monomodes.

Fibres monomodes

Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des fibres monomodes (dites SMF, pour Single Mode Fiber), qui sont technologiquement plus avancées car plus fines. Leur cÅ“ur très fin n’admet ainsi qu’un mode de propagation, le plus direct possible c’est-à-dire dans l’axe de la fibre. Les pertes sont donc minimes (moins de réflexion sur l’interface cÅ“ur/gaine) que cela soit pour de très haut débits et de très longues distances. Les fibres monomodes sont de ce fait adaptées pour les lignes intercontinentales (câbles sous-marins). Une fibre monomode n’a pas de dispersion intermodale. En revanche, il existe un autre type de dispersion : la dispersion intramodale. Son origine est la largeur finie du train d’onde d’émission qui implique que l’onde n’est pas strictement monochromatique : toutes les longueurs d’onde ne se propagent pas à la même vitesse dans le guide ce qui induit un élargissement de l’impulsion dans la fibre optique. On l’appelle aussi dispersion chromatique (cf. plus haut « Dispersion chromatique »). Ces fibres monomodes sont caractérisées par un diamètre de cÅ“ur de seulement quelques micromètres (le cÅ“ur monomode est de 9 µm pour le haut débit).

Connecteur fibre optique

Les fibres sont généralement reliées aux équipements terminaux à travers des connecteurs fibre optique.

Transmission numérique par fibre

Tout système de transmission d’information possède un émetteur et un ou plusieurs récepteurs. Dans une liaison optique, deux fibres sont souvent nécessaires ; l’une gère l’émission, l’autre la réception. Il est aussi possible de concentrer émission et réception sur le même brin, cette technologie est utilisée par exemple dans les réseaux d’accès aux abonnés (FTTH) ; l’équipement de transmission est alors un peu plus onéreux.

L’information est portée par un support physique (la fibre) appelé « canal de transmission ». Aux extrémités, deux transpondeurs partenaires échangent les signaux, l’émetteur traduit les signaux électriques en impulsions optiques et le récepteur effectue la fonction inverse : il lit les signaux optiques et les traduit en signal électrique. Au cours de son parcours, le signal est atténué et déformé : sur les liaisons de grande longueur (plusieurs dizaines ou centaines de km), des répéteurs et des amplificateurs placés à intervalles réguliers permettent de conserver l’intégrité du message.

Émetteur

L’émetteur optique (transpondeur) a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques véhiculés au cÅ“ur de la fibre. En général, la modulation binaire du signal optique est une modulation d’intensité lumineuse obtenue par la modulation du signal électrique dans la diode ou le laser. Les émetteurs utilisés sont de trois types :

Récepteur

Les récepteurs encore appelés détecteurs optiques utilisent le principe de l’effet photoélectrique. Deux types de composant peuvent être utilisés : les phototransistors et les photodiodes. Les photodiodes PIN et les photodiodes à avalanche sont les plus utilisées car elles sont peu coûteuses, simples d’utilisation et possèdent les performances adéquates.

Dans le materiel d’interconnexion ils sont réuni dans un module nommé transceiver (TRANSmitter - reCEIVER) Emmetteur-Recepteur en français.

Répéteur

L’atténuation et la déformation du signal sont des conséquences directes de la longueur du canal de transmission. Afin de conserver le signal optique de la source, les systèmes de transmission optique peuvent utiliser trois types d’amplificateurs (répéteurs) :

Il existe des répéteurs à amplification optique (utilisant des verres dopés aux terres rares) ou des répéteurs-régénérateurs électroniques. Les liaisons actuelles utilisent principalement des amplificateurs optiques à fibres dopées erbium et sont entièrement optiques sur des distances pouvant aller jusqu’à 10 000 km.

Multiplexeur

Comme dans tous les systèmes de transmission, on cherche à transmettre dans la même fibre optique un maximum de communications d’origines différentes. Afin de ne pas brouiller les messages, on les achemine sur des longueurs d’onde différentes : c’est le multiplexage en longueur d’onde ou WDM (wavelength-division multiplexing). Il existe plusieurs techniques de multiplexage chacune adaptée au type de transmission sur fibre optique (transmission longue distance ou boucle locale par exemple) : Dense WDM (beaucoup de signaux à des fréquences très rapprochées), Ultra WDM (encore plus), Coarse WDM (moins de canaux mais moins coûteux)…

Prospective

Désormais, on sait réaliser des réseaux tout-optique, c’est-à-dire qui ne sont pas des assemblages de fibres optiques reliées les unes aux autres par des nÅ“uds électriques. Les commutateurs, les multiplexeurs, les amplificateurs existent en version tout-optique. C’est actuellement un enjeu primordial car la rapidité des transmissions sur fibre optique est telle que les goulots d’étranglement se trouvent désormais dans l’électronique des nÅ“uds des réseaux