TÉLÉCOMMUNICATIONS Technologies optiques

Le laser

Les systèmes pratiques utilisent des sources à semiconducteurs émettant autour des longueurs d'onde de 0,85 μm, 1,3 μm ou 1,55 μm. Les bandes de fréquences utilisées autour de ces trois longueurs d'onde sont souvent appelées les trois fenêtres de télécommunications. La première valeur a été imposée par les matériaux semiconducteurs disponibles avant 1980 ; les deux autres sont apparues avec le développement des fibres monomodales. Actuellement, le seul type de source utilisé est la diode laser qui a un spectre de raies très fines (entre 0,2 et 1 MHz lorsque le laser émet 1 mW) réparties sur un intervalle spectral de quelques nanomètres. La différence entre la puissance de la raie principale et celle des autres raies peut être de l'ordre de 30 décibels ou plus : on parle alors de laser monomodal. La région émissive étant un rectangle dont les côtés sont de l'ordre de 1 à 5 μm, le champ émis n'est donc pas à symétrie circulaire : il diverge davantage dans le plan parallèle au petit côté du rectangle. Il y a de ce fait une forte désadaptation entre le champ du laser et le champ de la fibre et ainsi des pertes de couplage.

Modulation interne et externe d'une source optique

On peut moduler les sources de deux manières différentes.

– La modulation directe. Dans ce cas, on agit sur le courant de jonction qui provoque l'effet laser. En première approximation, la puissance optique délivrée varie linéairement en fonction du courant. Ce type de modulation provoque une modification dynamique du spectre – qui est liée à la conversion amplitude-fréquence (chirp en anglais) – avec des effets nuisibles aux grandes vitesses de modulation.

– La modulation externe. Le champ émis par la source n'est pas modulé et passe par un circuit optique spécial où l'on peut provoquer une modulation de phase ou d'amplitude. Ces modulateurs introduisent beaucoup moins de conversion amplitude-fréquence. Le signal modulé envoyé dans la fibre est donc nettement moins affecté par ce phénomène, mais il est également moins puissant. Le principe physique utilisé dans les modulateurs externes peut être la variation de l'indice de réfraction ou la variation de l'absorption (dispositifs à base de semiconducteurs). Pour les modulateurs électroréfractifs, le matériau utilisé est le niobate de lithium (LiNbO₃) dans une configuration d'interféromètre de Mach-Zehnder en ondes guidées (cf. interférences lumineuses). La phase de l'onde lumineuse est modifiée dans un des bras de l'interféromètre au rythme de la tension appliquée au matériau de ce bras. Il en résulte, après recombinaison des deux ondes, des interférences constructives ou destructives suivant la tension appliquée. Pour les modulateurs électroabsorbants, à base de semiconducteurs, la modulation de la puissance lumineuse résulte directement de la variation de l'absorption du matériau avec le champ électrique.

Les récepteurs

La détection du signal optique est assurée par des photodiodes semiconductrices qui fournissent un courant proportionnel à la puissance lumineuse moyenne interceptée ; cette moyenne (temporelle) étant prise sur un temps d'intégration caractéristique de la technologie de la diode et du circuit électrique dans lequel elle est montée, les modulations d'amplitude ne seront donc détectées que si leur période est suffisamment grande par rapport au temps d'intégration.

En détection directe, on a une relation linéaire entre le courant électrique détecté et la puissance optique captée. La détection dite « cohérente », consistant à faire battre, comme en radio, le signal reçu avec un oscillateur local, a suscité un important effort de recherche entre 1980 et 1990, en raison des gains en sensibilité de réception qu'elle pouvait apporter. Après avoir été[...]