Liaison optique 

La fibre optique

La fibre optique est structure de silice très fine à géométrie cylindrique qui a la propriété de guider la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. Elle offre un débit d’informations nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et supporte un réseau « large bande » par lequel peuvent transiter aussi bien la télévision, le téléphone, la visioconférence ou les données informatiques.. δes fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon le diamètre de leur cœur μ les fibres monomodes représentées dans la Figure V-1 et les fibres multimodes. Figure V-1 : Schéma de la fibre monomode. Les fibres multimodes ont été les premières sur le marché. Elles ont pour caractéristiques de transporter plusieurs modes (trajets lumineux). Elles sont caractérisées par un diamètre de cœur de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de micromètres (les cœurs en multimodes sont de 50 ou 62,5 µm pour le bas débit). Du fait de la dispersion modale, on constate un étalement temporel du signal proportionnel à la longueur de la fibre. En conséquence, elles sont utilisées uniquement pour des bas débits ou de courtes distances. Les plus récentes permettent d’atteindre le Gbit/s sur des distances de l’ordre du kilomètre. Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des fibres monomodes (dites SMF, pour Single Mode Fiber), qui sont technologiquement plus avancées car plus fines. δeur cœur très fin n’admet ainsi qu’un mode de propagation, le plus direct possible c’est-à-dire dans l’axe de la fibre. Grâce aux procédés technologiques utilisés et la pureté du matériau, les pertes sont donc minimes que cela soit pour de très hauts débits et de très longues distances. Ces fibres monomodes sont caractérisées par un diamètre de cœur de Telecom SudParis-EDITE de Paris 107 seulement quelques micromètres (le cœur monomode est de λ µm pour le haut débit). Une fibre monomode n’a pas de dispersion intermodale. En revanche, il existe d’autres types de dispersion : la dispersion intramodale du guide d’onde et la dispersion matériau. Ensemble ils forment la dispersion chromatique qui s’exprime en ps/(nm·km) et caractérise l’étalement du signal lié à sa largeur spectrale dans la base temporelle (pour une fibre standard opérant pour les longueurs d’onde autour du 1.55µm la dispersion est de 17ps/nm .km). Ainsi, la dispersion chromatique se traduit par un élargissement de la durée d’une impulsion lors de son passage à travers la fibre (Figure V-2). Comme l’impulsion s’élargit, elle peut interférer avec les impulsions voisines, ce qui conduit à des interférences inter-symboles. Figure V-2 : dispersion chromatique sur la fibre monomode La dispersion chromatique est due au fait que l’indice de réfraction varie en fonction de la longueur d’onde. Alors, si le signal transmis est constitué de plusieurs longueurs d’ondes (ou d’un paquet d’ondes), certaines d’entre elles vont se propager plus rapidement que les autres. Étant donné qu’aucun laser ne peut créer un signal composé d’une seule longueur d’onde précise, la dispersion chromatique se produit dans la plupart des systèmes. Dans notre cas, on choisit d’utiliser des fibres monomode pour transférer le signal GσSS. δes longueurs utilisées varient de 200 m à 1850 m. Par conséquent l’effet de la dispersion chromatique est négligeable. Ainsi on bénéficie de tous les avantages de la fibre optique notamment sa légèreté, sa souplesse, ses faibles pertes de puissance et sa faible sensibilité aux changements climatiques. II. Synoptique de la liaison optique dans une transmission Radio-sur-Fibre Pour transmettre des données sur une fibre optique, le signal contenant les informations doit moduler une source laser, et ceci soit d’une manière directe soit par le biais d’un modulateur externe. Ce signal peut être modulé au préalable (modulation analogique ou Telecom SudParis-EDITE de Paris 108 numérique) ou en bande de base. Les techniques de modulation analogique comprennent la modulation d’amplitude (Aε), la modulation de fréquence (Fε), et la modulation de phase (PM). Les techniques numériques comprennent les modulations ASK (amplitude), FSK (fréquence) et PSK (phase). Pour passer sur fibre, le signal RF a principalement besoin de trois blocs : émetteur ou modulateur, fibre optique et récepteur ou démodulateur qui peut être simplement une photodiode comme dans Figure V-3. Il y a, éventuellement, des amplificateurs qui servent à compenser ou augmenter la puissance en sortie en cas de besoin. Dans le cas de la figure cidessous, le signal en entrée module directement la source Laser. Il est aussi possible d’intercaler un modulateur externe entre la diode laser et la fibre, et celui-ci module la sortie optique du laser suivant la variation du signal de contrôle. Figure V-3 : montage de transmission sur fibre optique Dans la suite on détaillera les deux boites émettrice et réceptrice présentées Figure V-3 et on décrira les bruits et la distorsion non linéaire que chacune peut introduire dans la liaison optique.

Emetteur ou modulateur

Comme indiqué précédemment, on distingue deux types de modulation : interne (ou directe) et externe. Une des techniques les plus utilisées dans le domaine des signaux RF est la « εodulation d’intensité avec une détection directe (Iε-DD)» (σg’oma 2005). Le signal module l’intensité d’une porteuse optique, puis on utilise la détection directe par une photodiode pour le récupérer. δ’émission est réalisée par l’une des deux méthodes de modulation interne ou externe. a. Modulation interne / directe Cette méthode consiste à laisser le signal radiofréquence directement moduler le courant de la source laser comme illustré dans la Figure V-4. En effet, la variation du signal RF modifie la Telecom SudParis-EDITE de Paris 109 quantité de porteurs injectée dans la cavité laser et par conséquent le nombre de photons générés. Ainsi la variation du signal RF induit celle de la puissance optique en sortie. Figure V-4 : la modulation directe Pour la démodulation, une photodiode est utilisée pour retrouver le signal modulant. C’est une technique qui ne nécessite aucun composant supplémentaire et qui est efficace jusqu’à plusieurs GHz. mais qui présente beaucoup de distorsions dans le système (conversion électro-optique). Ceci limite la fréquence de modulation du système à quelques GHz. Toutefois suivant le type de modulation choisie, certains effets doivent être considérés. Par exemple, pour une méthode de modulation numérique simple comme l’ASK une approche de modulation directe peut conduire (selon la longueur de la fibre) au phénomène de « chirps » (Akrout et al. 2008). Ce type de dégradation apparaît dans la source laser. Elle se manifeste par un couplage phaseintensité et induit une variation de la fréquence instantanée de la source en fonction du temps. Et dans ce cas, le signal modulé s’écrit en fonction du signal modulant s(t) sous la forme : s(t)*exp(iwt+φ(s(t)) . En effet, quand la source laser est modulée directement par un signal de données, il en résulte une variation de la quantité de porteurs dans la cavité du laser, d’où la modification de l’indice n du matériau. Ceci est dû au fait que l’indice n est directement lié au nombre de porteurs dans le semi-conducteur. Dès lors, on obtient une impulsion « chirpée » comme celle présentée dans Figure V-5. Dans ce cas le signal transmis peut subir les effets de distorsion linéaire (VERGNOL 1999) (qui sont rectifiables) dus seulement à la source laser ou non linéaire (VERGNOL 1999) quand le phénomène de « chirp » est couplé avec la dispersion chromatique le long de la fibre. δ’impact du « chirp » dépend de la distance parcourue par le signal et de son débit. Par exemple, pour une fibre standard transmettant un signal à 2.5 Gbps, Telecom SudParis-EDITE de Paris 110 on peut aller jusqu’à 100 km et pour un débit de 10 Gbps, la distance est limitée à 6 km. Ces valeurs ne servent que pour donner un ordre de grandeur puisque cette technologie s’améliore très vite au fil des années.