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Fibres optiques

Prix Nobel 2005

• Roy J. Glauber “for his contribution to the quantum theory of optical coherence“

• John L. Hall & Theodor W. Hänsch “for their contributions to the development oflaser-based precision spectroscopy, including the optical frequency comb technique"

Roy J. Glauber

John L. Hall

Theodor W. Hänsch

Réflexion totale

Principe du guidage

Structure des fibres

Ouverture numérique (ON) de la fibre2 21 2ON = sin n nα ≤ −

Principe de la fibre multimode

Propagation dans une fibre multimodeà saut d’indice

Profil d’indice

Fibre à saut d’indice Fibre à gradient d’indice

Propagation dans une fibre multimodeà gradient d’indice

Visualisation de l’ouverture numérique

Propagation dans les fibres (résumé)

Atténuation des fibres

• Diffusion intrinsèque (Rayleigh)• Absorption intrinsèque• Absorption des dopants et impuretés• Défauts structuraux (microcourbures)• Rayon de courbure

• Record ~ 0,15 dB / km ( à 1,55 µm)

Choix de la longueur d’onde

Origine de l’absorption

Quelques fibres classiques

L'atténuation est constante quelle que soit la fréquence de modulation. La largeur de la bande passante dépend du type de fibre.

Bande passante

Propagation par soliton

Soliton

Réalisation de la fibre : préforme

Réalisation de la fibre : préforme

Réalisation de la fibre : préforme

Réalisation de la fibre : tirage

Tour de fibrage

De la fibre…

A la communicationpar fibre

Couplage fibre - LED

Couplage fibre – LED : Exemple

Progression de la fibre

Progression de la fibre

Une seule fibre optique peut transmettre autant d'informationqu'un gros câble de cuivre

Amplificateur optique

Transmission par fibre optique

Quelques recordsC

apac

ityx

dist

ance

(Pbi

t/s.k

m) a

t40G

b/s

(terr

estr

ial)

0.01

0.1

1

10

100

04/97 09/98 01/00 06/01 10/02

Lucent & OFSNTTSiemensOthersAlcatel

1.5 Tbit/s over 4x100 kmECOC’99 (10Gb/s) (2)

5.1 Tbit/s over 3x100 kmECOC’00 (3)

5.1 Tbit/s over 12x100 kmECOC’01 (6)

10.2 Tbit/s over 3x100 kmOFC’02 (7)

6.4 Tbit/s over 21x100 kmECOC’02 (9)

10.2 Tbit/s over 100 kmOFC’01 (4)

6.3 Tbit/s over 17x100 kmOFC’03 (11)

0.32 Tbit/s over 4x125 kmECOC’97(10Gb/s) (1)

3.2 Tbit/s over 9x100 kmOAA’02 (8)

4 Tbit/s over 6250 kmECOC’03 (submarine) (14)

0.8 Tbit/s over 6000 kmOAA’03 (10Gb/s) (12)

6.3 Tbit/s over 27x100 kmOFC’03 (10)

3.2 Tbit/s over 300 kmECOC’01 (5)

1.1 Tbit/s over 600 kmECOC’03 (160Gb/s) (13)

02/04

10.2 Tbit/s over 3x100 kmOFC’02 (7)

10.2 Tbit/s over 100 kmOFC’01 (4)

Ecart spectral entre canaux WDM alterné, à 50GHz ou 75GHz

Filtrage optique en BLA à gauche ou à droite de la porteuse selon position des canaux voisins

Multiplexage en polarisation

Efficacité spectrale =

1.28bit/s/HzWavelength (nm)

Filtrage en Bande Latérale Atténuée (VSB) et Multiplexage en polarisation pour expérience à 10Tbit/s

1600 1601 1602 1603

Filtrage àgauche

Filtrage àdroite

Pow

er

20dB

/Div

.

50GHz 75GHz

zPolar TEx

Polar TMy

Expérience de transmission à 10.2 Tbit/s

256 lasers indépendants modulés à 40Gbit/s

répartis sur 2 bandes (« C » et « L ») de longueurs d’ondes amplifiées séparément.

-80-70-60-50-40-30

1565 1575 1585 1595 1605-80-70-60-50-40-30

1525 1535 1545 1555 1565

Longueur d’onde (nm)

Puis

sanc

e (d

Bm

) Bande C Bande L

1543.25 1544.25 1545.25 puis

sanc

e (1

0dB

/div

)

Longueur d’onde (nm)

//Filtrage à droitePolarisation //Filtrage à droitePolarisation//

Filtrage à gauchePolarisation T

Filtrage à droitePolarisationT

Filtrage à gauchePolarisation

Quelques chiffres à méditer… • Après pondération par la part de

marché de l’opérateur , (soit 10%)

• Si l’on admet que le reste du monde à un taux d’équipement télécom égal à celui de la France (!)…

• Si l’on ramène la totalité du réseau à une seule fibre…

Mais traffic internet toujours en hausse de 150% / an.

A ce rythme, 10 Tbit/s serait insuffisant en France dans

(seulement ?) 9 ans !

Mais Mais traffictraffic internetinternet toujours toujours en hausse de 150% / an.en hausse de 150% / an.

A ce rythme, 10 A ce rythme, 10 TbitTbit/s/s serait serait insuffisant en France dans insuffisant en France dans

(seulement ?) 9 ans !(seulement ?) 9 ans !

Alors avec 10 Tbit/s, on est capable de subvenir aux besoins de… 4 fois la planète !

Publicité parue dansLe Monde, oct. 2003

Mux – Demux optique

Liaison en boucle

Evolution du besoin

Optique intégrée

Optique intégrée

• Guide d’onde• Modulateur• Adressage• Lentille • Miroir• Système optique

Fabrication

Optique intégrée

Optique intégrée : guide d’onde

Guide d’onde enterré / Guide d’onde UHC (Ultra High Confinement)

Optique intégrée : guide d’onde

Modulation

Modulation d’amplitude Modulation de fréquence

Modulation

Modulation de phase Modulation de polarisation

Démodulation

Modulateur optique

32 22

L n r VLnd

π Δ πΔϕ = =

λ λ

n = indice de réfractionr = coefficient électrooptiqueV = tension appliquéeL = Longueur d’interactiond = distance entre électrode

Modulateur optique

Adressage optique

Modulateur acousto-optique

Coupleur optique

Micro miroir

Lentille de Fresnel

Micro lentille

Micro lentille

Diamètre = 180 µm ; focale = 500 µm

Couplage fibre optique

Analyseur de spectre 50 GHz

Micro lentille à rayons X

Micro interféromètre

Macro Interféromètre

Photonic Band gap

Photonic Band Gap

Photonic Band Gap

Fibre optique à Photonic Band Gap

Lumière lente

Vitesse de la lumière = 60 km/h

Indice négatif

Indice négatif

Indice négatif