TÉLÉCOMMUNICATIONS Technologies optiques

Historique

L'amplification étant une fonction essentielle en transmission, d'importants efforts de recherche ont été consacrés à la mise au point d'amplificateurs optiques.

L'amplificateur à semiconducteurs, qui a fait l'objet de nombreux travaux depuis le début des années 1970, n'a pas connu beaucoup de développements en tant qu'amplificateur inséré dans un système de transmission, si l'on excepte quelques démonstrations dans la fenêtre de 1,3 μm, où il n'existe pas d'amplificateurs à fibre dopée industriellement disponibles. En revanche, ses caractéristiques lui offrent un large domaine d'utilisation pour tout ce qui touche au traitement optique du signal (multiplexage et démultiplexage, régénération, conversion de longueur d'onde...), la réalisation de ces fonctions mettant en œuvre des effets non linéaires (modulation croisée du gain, modulation de phase croisée) [cf. 4 Fonctions optiques].

L'amplificateur à fibre, apparu à la fin des années 1980, est rapidement passé au stade industriel : il constitue aujourd'hui un dispositif clé de tous les futurs réseaux de télécommunications optiques. Outre sa fiabilité, ses qualités reposent sur deux caractéristiques essentielles : d'une part, sa linéarité (au sens où sa constante de temps ne le rend sensible qu'à la puissance moyenne des signaux qui le traversent, ce qui évite toute distorsion de ces derniers), et, d'autre part, son bruit faible et voisin des limites théoriques.

L'amplificateur optique permet de dépasser la limite imposée par l'atténuation de la fibre, puisque la puissance envoyée en ligne peut être considérablement augmentée et que le signal peut être réamplifié au cours de sa propagation, au prix, il est vrai, de l'addition de bruit ; cette utilisation a conduit à la notion de système « amplifié ». L'amplificateur en ligne se substitue aux répéteurs-régénérateurs intermédiaires.

La bande passante importante des amplificateurs à fibre (plus de 30 nm) permet d'envisager l'amplification simultanée de plusieurs longueurs d'onde (porteuses optiques) juxtaposées dans le spectre, constituant ce qu'on appelle un multiplex. Ainsi naît le concept de multiplexage en longueur d'onde (W.D.M., pour wavelength division multiplexing), qui sera développé plus loin. Ensuite, utilisé devant le récepteur, l'amplificateur à fibre améliore considérablement la sensibilité du récepteur, en dépassant la limite imposée par le bruit thermique. C'est cette propriété qui a enlevé la plus grande partie de l'intérêt des recherches sur la réception cohérente.

Principe de l'amplificateur optique à fibre

Comme n'importe quel amplificateur, un amplificateur optique absorbe l'énergie fournie par une source extérieure appelée pompe et la restitue au signal pour l'amplifier.

Les amplificateurs à fibre disponibles commercialement fonctionnent dans la fenêtre de transmission à la longueur d'onde de 1 550 nm. Un de leurs avantages est la simplicité du dispositif (fig. 5). Ils se composent pour l'essentiel d'une fibre de quelques mètres de longueur, dopée avec des ions appropriés et connectée à la fibre de ligne, d'une pompe (dans la plupart des cas, un laser à semiconducteur) et d'un dispositif de couplage de la lumière de la pompe vers la fibre dopée (le multiplexeur). Il est habituel d'ajouter deux isolateurs – l'un en entrée, l'autre en sortie –, qui ne laissent passer la lumière que dans un seul sens, afin d'éviter toutes les réflexions qui pourraient créer une cavité, faire osciller le dispositif et le transformer en laser (cf. lasers).

Un amplificateur optique à fibre amplifie la lumière grâce au mécanisme[...]