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Communication par fibre optique: télécommunications

Communication par fibre optique: télécommunications

La communication par fibre optique a révolutionné l'industrie des télécommunications. Il a également fait sentir sa présence largement au sein de la communauté des réseaux de données. En utilisant un câble à fibre optique, les communications optiques ont permis d'établir des liaisons de télécommunications sur des distances beaucoup plus grandes et avec des niveaux de perte beaucoup plus faibles dans le support de transmission et peut-être le plus important de tous, les communications par fibre optique ont permis de gérer des débits de données beaucoup plus élevés.

En raison de ces avantages, les systèmes de communication à fibre optique sont largement utilisés pour des applications allant de l'infrastructure principale de télécommunication aux systèmes Ethernet, à la distribution à large bande et aux réseaux de données généraux.

Développement de la fibre optique

Depuis les débuts des télécommunications, il est de plus en plus nécessaire de transmettre plus de données encore plus rapidement. Au départ, des fils à une seule ligne ont été utilisés. Ceux-ci ont cédé la place aux câbles coaxiaux qui permettaient à plusieurs canaux de transmettre sur le même câble. Cependant, ces systèmes étaient limités en bande passante et les systèmes optiques ont été étudiés.

Les communications optiques sont devenues une possibilité après le développement des premiers lasers dans les années 1960. La pièce suivante de la scie sauteuse s'est mise en place lorsque les premières fibres optiques avec une perte suffisamment faible pour les communications ont été développées dans les années 1970. Puis, à la fin des années 70, une quantité considérable de recherches a été entreprise. Cela a abouti à l'installation du premier système de télécommunications à fibre optique. Il a parcouru une distance de 45 km et a utilisé une longueur d'onde de 0,5 mm et avait un débit de données de seulement 45 Mbps - une fraction de ce qui est possible aujourd'hui.

Depuis lors, des améliorations considérables ont été apportées à la technologie. Les débits de données se sont améliorés et, en plus de cela, les performances de la fibre optique ont été améliorées pour permettre d'atteindre des distances beaucoup plus grandes entre les répéteurs. À titre indicatif, les vitesses qui peuvent maintenant être atteintes avec un système à fibre optique dépassent 10 Tbps.

Lors du développement des premiers systèmes de transmission par fibre optique, on pensait que le câblage et la technologie en fibre optique seraient d'un coût prohibitif. Cependant, cela n'a pas été le cas et les coûts ont chuté au point que la fibre optique constitue désormais la seule option viable pour de nombreuses applications de télécommunications. En plus de cela, il est également utilisé dans de nombreux réseaux locaux où la vitesse est une exigence majeure.

Avantages de la fibre optique pour les communications

Il existe un certain nombre de raisons impérieuses qui conduisent à l'adoption généralisée du câblage à fibre optique pour les applications de télécommunications:

  • Niveaux d'atténuation du signal bien inférieurs
  • Le câblage en fibre optique fournit une bande passante beaucoup plus élevée permettant de fournir plus de données
  • Les câbles à fibre optique sont beaucoup plus légers que les câbles coaxiaux qui pourraient autrement être utilisés.
  • Les fibres optiques ne souffrent pas des interférences parasites qui se produisent avec le câblage coaxial

Système de transmission par fibre optique

Tout système de transmission de données par fibre optique comprendra un certain nombre d'éléments différents. Il y a trois éléments principaux (indiqués en gras) et un autre qui est vital pour les systèmes pratiques:

  • Émetteur (source lumineuse)
  • Câble de fibre optique
  • Répéteur optique
  • Récepteur (détecteur)

Les différents éléments du système varieront en fonction de l'application. Les systèmes utilisés pour les liaisons de faible capacité, éventuellement pour les réseaux locaux, utiliseront des techniques et des composants quelque peu différents de ceux utilisés par les fournisseurs de réseau qui fournissent des débits de données extrêmement élevés sur de longues distances. Néanmoins, les principes de base sont les mêmes quel que soit le système.

Dans le système, l'émetteur de la source lumineuse génère un flux lumineux modulé pour lui permettre de transporter les données. De manière classique, une impulsion de lumière indique un "1" et l'absence de lumière indique "0". Cette lumière est transmise par une très fine fibre de verre ou autre matériau approprié pour être présentée au récepteur ou au détecteur. Le détecteur convertit les impulsions de lumière en impulsions électriques équivalentes. De cette manière, les données peuvent être transmises sous forme de lumière sur de grandes distances.

Émetteur à fibre optique

Bien que les systèmes à fibres optiques de télécommunications d'origine auraient utilisé de gros lasers, aujourd'hui une variété de dispositifs à semi-conducteurs peuvent être utilisés. Les dispositifs les plus couramment utilisés sont les diodes électroluminescentes, les LED et les diodes laser à semi-conducteurs.

Le dispositif émetteur le plus simple est la LED. Son principal avantage est qu'il est bon marché, ce qui le rend idéal pour les applications à faible coût où seules de courtes séries sont nécessaires. Cependant, ils présentent un certain nombre d'inconvénients. Le premier est qu'ils offrent un très faible niveau d'efficacité. Seulement 1% environ de la puissance d'entrée entre dans la fibre optique, ce qui signifie que des pilotes de puissance élevée seraient nécessaires pour fournir suffisamment de lumière pour permettre des transmissions longue distance. L'autre inconvénient des LED est qu'elles produisent ce qu'on appelle une lumière incohérente qui couvre un spectre relativement large. Typiquement, la largeur spectrale est comprise entre 30 et 60 nm. Cela signifie que toute dispersion chromatique dans la fibre limitera la bande passante du système.

Compte tenu de leurs performances, les LED sont principalement utilisées dans les applications de réseau local où les débits de données sont généralement compris entre 10 et 100 Mb / s et les distances de transmission sont de quelques kilomètres.

Lorsque des niveaux de performance plus élevés sont requis, c'est-à-dire qu'il est nécessaire que la liaison par fibre optique puisse fonctionner sur de plus grandes distances et avec des débits de données plus élevés, des lasers sont utilisés. Bien que plus coûteux, ils offrent des avantages importants. Dans un premier temps, ils sont capables de fournir un niveau de sortie plus élevé, et en plus de cela, le rendement lumineux est directionnel et cela permet un niveau d'efficacité beaucoup plus élevé dans le transfert de la lumière dans le câble à fibre optique. Typiquement, l'efficacité de couplage dans une fibre monomode peut atteindre 50%. Un autre avantage est que les lasers ont une largeur de bande spectrale très étroite en raison du fait qu'ils produisent une lumière cohérente. Cette largeur spectrale étroite permet aux lasers de transmettre des données à des débits beaucoup plus élevés car la dispersion modale est moins apparente. Un autre avantage est que les lasers à semi-conducteurs peuvent être modulés directement à des fréquences élevées en raison du temps de recombinaison court pour les porteurs dans le matériau semi-conducteur.

Les diodes laser sont souvent directement modulées. Cela fournit une méthode très simple et efficace de transfert des données sur le signal optique. Ceci est réalisé en contrôlant le courant appliqué directement à l'appareil. Ceci à son tour fait varier le rendement lumineux du laser. Cependant, pour des débits de données très élevés ou des liaisons à très longue distance, il est plus efficace de faire fonctionner le laser à un niveau de sortie constant (onde continue). La lumière est ensuite modulée à l'aide d'un appareil externe. L'avantage d'utiliser un moyen de modulation externe est qu'il augmente la distance de liaison maximale car un effet connu sous le nom de chirp laser est éliminé. Ce chirp élargit le spectre du signal lumineux et cela augmente la dispersion chromatique dans le câble à fibre optique.

Câble de fibre optique

Les détails complets et la description du câblage en fibre optique se trouvent dans un article / tutoriel séparé sur cette zone du site Web. Essentiellement, un câble à fibre optique se compose d'un noyau, autour duquel se trouve une autre couche appelée gaine. En dehors de cela, il y a un revêtement extérieur protecteur.

Les câbles à fibres optiques fonctionnent car leur gaine a un indice de réfraction légèrement inférieur à celui du noyau. Cela signifie que la lumière passant le long du coeur subit une réflexion interne totale lorsqu'elle atteint la limite coeur / gaine, et elle est ainsi contenue dans le coeur de la fibre optique.

Répéteurs et amplificateurs

Il existe une distance maximale sur laquelle les signaux peuvent être transmis sur un câblage à fibre optique. Ceci est limité non seulement par l'atténuation du câble, mais également par la distorsion du signal lumineux le long du câble. Afin de surmonter ces effets et de transmettre les signaux sur de plus longues distances, des répéteurs et des amplificateurs sont utilisés.

Des répéteurs optoélectriques peuvent être utilisés. Ces dispositifs convertissent le signal optique en un format électrique dans lequel il peut être traité pour garantir que le signal n'est pas déformé, puis reconverti au format optique. Il peut ensuite être transmis le long de l'état suivant du câble à fibre optique.

Une autre approche consiste à utiliser un amplificateur optique. Ces amplificateurs amplifient directement le signal optique sans qu'il soit nécessaire de reconvertir le signal dans un format électrique. Les amplificateurs sont constitués d'une longueur de câble à fibre optique dopé avec une terre rare nommée Erbium. Le câble à fibres traitées est ensuite éclairé ou pompé avec une lumière d'une longueur d'onde plus courte provenant d'un autre laser et cela sert à amplifier le signal qui est transporté.

Compte tenu du coût très réduit des amplificateurs à fibre optique par rapport aux répéteurs, les amplificateurs sont beaucoup plus largement utilisés. La plupart des répéteurs ont été remplacés et les amplificateurs sont utilisés dans pratiquement toutes les nouvelles installations de nos jours.

Récepteurs

La lumière voyageant le long d'un câble à fibre optique doit être convertie en un signal électrique afin de pouvoir être traitée et les données transportées peuvent être extraites. Le composant qui est au cœur du récepteur est un photo-détecteur. Il s'agit normalement d'un dispositif semi-conducteur et peut être une jonction p-n, une photo-diode p-i-n ou une photo-diode à avalanche. Les photo-transistors ne sont pas utilisés car ils n'ont pas une vitesse suffisante.

Une fois que le signal optique du câble à fibre optique a été appliqué au photodétecteur et converti en un format électrique, il peut être traité pour récupérer les données qui peuvent ensuite être transmises à leur destination finale.

La transmission de données par fibre optique est généralement utilisée pour les liaisons de réseaux de télécommunications longue distance et pour les réseaux locaux à haut débit. Actuellement, la fibre optique n'est pas utilisée pour la fourniture de services aux foyers, bien qu'il s'agisse d'un objectif à long terme pour de nombreux opérateurs télécoms. En utilisant le câblage en fibre optique ici, la bande passante disponible pour les nouveaux services serait considérablement plus élevée et la possibilité de revenus plus élevés augmenterait. Actuellement, le coût n'est souvent pas viable, bien que cela se produise probablement à moyen terme.

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Voir la vidéo: Optique - exercice - Fibre optique (Décembre 2020).