Présentation d’une liaison par fibre optique

Les télécommunications optiques ont acquis une importance considérable dans les réseaux de communication longues distances. L ’un des principaux critères de cette réussite tient à la grande bande passante de la fibre, mais surtout dans les très faibles pertes qu’elle présente. La conception de système de transmission à très grande capacité était désormais possible. Ceci fait de la fibre un élément indispensable des réseaux métropolitains, transnationaux et intercontinentaux. Historiquement, les technologies de télécommunications optiques visent donc en premier lieu à transmettre des données et de l’information avec des débits très élevés. Dans ce chapitre, nous allons faire une brève description des différents composants constituant une liaison par fibre optique. Pour chacun de ces éléments constitutifs, nous tenterons de décrire leur rôle et leur fonctionnement. Nous débuterons par la description de l’émetteur (laser, driver, modulateur…), nous poursuivrons par le support de transmission (la fibre optique) l’élément essentiel puisqu’il permet le transport de l’information. Enfin, nous aborderons les principales caractéristiques du récepteur.

Présentation d ’une chaine de transm ission par fibre optique

L ’architecture d’une liaison, quelque soit le niveau du réseau auquel elle est destinée est composée des mêmes briques de base  , à savoir un émetteur, un support de transmission et un récepteur.

L ’information primaire que l’on veut transmettre à distance est convertie en un signal électrique qui, modulée par un émetteur est convertie en un signal optique. Le signal émis par la source est ensuite injecté dans la fibre où il se propage avec une certaine atténuation et une certaine dispersion. Ces deux phénomènes se traduisent par une limitation de la longueur de la liaison au-delà de laquelle la qualité se détériore. Pour remédier à ces problèmes, le signal va être amplifié par des amplificateurs optiques. Le signal reçu est ensuite démodulé en un signal électrique par l’intermédiaire d’une photodiode.

Partie émission

L ’émetteur optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques pour les véhiculer au cœur de la fibre.

Les informations à transmettre dans un système de télécommunications optiques doivent être inscrites sur le support que constitue la lumière émise par une source de lumière qui peut être :
• Une LED (Light Emitting Diode) qui fonctionne dans le rouge visible (850 nm).
• Une diode à infrarouge qui émet dans l’invisible à 1300 nm.
• Un laser, utilisé pour la fibre monomode, dont la longueur d’onde est 1300 ou 1550nm.

Les LEDs (Light Em itting diodes)

Pour la plupart des applications de communications en espace libre, les diodes à émission de lumière infrarouge sont utilisées à cause de leur grande efficacité et de leur longueur d’onde en infrarouge proche, surtout si elles sont utilisées avec des photodétecteurs en silicium. La diode électroluminescente est utilisée surtout dans les systèmes de communications à fibres optiques multimodes, du fait de leurs faisceaux de sortie à large angle de divergence. Il y a deux configurations de LED : les diodes à émission de surface et les diodes à émission latérale. La combinaison des différentes couches dans la LED constitue un guide d’onde optique où un confinement optique est réalisé. Avec le confinement optique et électrique, l’efficacité du dispositif augmente . La LED est utilisée dans les communications optiques et délivre une puissance optique de plusieurs centaines de microwatts et offre des débits inférieurs à 5 Mbits/s sur fibre multimode. Elles sont relativement bon marché et ne demandent pas de circuit distinct pour la polarisation et la modulation [1].

Les diodes laser

Les diodes laser produisent une puissance optique beaucoup plus importante que les LEDs avec un spectre plus fin, et peuvent donc coupler plus de puissance avec la fibre. La différence avec les LEDs et que les lasers disposent sur les deux côtés de deux miroirs pour obtenir plusieurs allers-retours dans le milieu en constituant ainsi une cavité optique .

L ’effet laser
L ’effet laser est un principe d’amplification cohérente de la lumière par émission stimulée. Laser est l’acronyme anglais « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation » en français «Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ». La plupart des amplificateurs optiques sont basés sur l’effet laser. Une source laser est une source de lumière spatialement et temporellement cohérente basée sur l’effet laser. Une source laser associe un amplificateur optique basé sur l’effet laser à une cavité optique, encore appelé résonateur, généralement constituée de deux miroirs, dont au moins l’un des deux est partiellement réfléchissant c’est-à-dire qu’une partie de la lumière sort de la cavité et l’autre partie est réinjectée vers l’intérieur de la cavité laser . Les caractéristiques géométriques de cet ensemble imposent que le rayonnement émis soit d’une grande pureté spectrale, c’est-à-dire temporellement cohérente. Le spectre du rayonnement contient en effet un ensemble discret de raies très fines, à des longueurs d’ondes définit par la cavité et le milieu amplificateur. La finesse de ces raies est cependant limitée par la stabilité de la cavité et par l’émission spontanée au sein de l’amplificateur (bruit quantique).

Techniques de modulation

Dans les systèmes de transmissions par fibre optique, les informations à transmettre doivent être imprimées sur le signal à envoyé dans la fibre optique et nécessites la conversion des données électriques en données optiques : C’est ce qu’on l’appelle la modulation [3]. Pour cela il y’a deux principales techniques que nous allons les présentées: la modulation directe et la modulation externe.

La modulation directe
Dans cette technique, la modulation du courant qui traverse le laser entraine directement la modulation en intensité. Le générateur émet les données à transmettre à un débit précis (<2.5 Gb/s), le laser est alimenté à un circuit de modulation de courant qui permet de moduler la puissance du laser, la lumière modulée est couplée dans la fibre optique de transmission. Cette modulation est satisfaisante jusqu’à 15GHz environ, mais qu’au-delà, elle n’est plus applicable. Trop de dégradations (oscillations de relaxation, chirp, bruit, …) apparaissent et limitent les capacités de transmissions.

La modulation externe
Cette modulation est obtenue en modulant le faisceau lumineux à la sortie du laser opéré en courant continu, et non le courant d’alimentation du laser (pour éviter le chirp). Ainsi, le signal optique qui est transmis dans la fibre optique est moins affecté par le phénomène de chirp. De plus, la bande passante est beaucoup plus élevée (80 GHz). Dans les systèmes de communications optiques, plusieurs types de modulateurs sont utilisés. Nous présenterons les deux types de modulateurs optiques les plus utilisés dans les systèmes de transmission à fibre optique : le modulateur à électro-absorption et le modulateur de Mach-Zehnder [4].