La fibre franchit la barrière des 10 000 milliards de bits

Les ingénieurs français et japonais ont pressé plus de 10 000 milliards de bits par seconde à travers des fibres optiques uniques. Cette capacité record équivaut à environ 150 millions de conversations téléphoniques simultanées.

Les groupes du géant français des télécommunications Alcatel et du constructeur japonais NEC ont réalisé séparément les résultats records et les ont annoncés le 22 mars lors de la Optical Fiber Communications Conference à Anaheim, en Californie.

Les développeurs rapportent traditionnellement des expériences de héros record lors du salon annuel. En règle générale, la capacité maximale des systèmes commerciaux n'est en retard que de quelques années par rapport au rythme record. Le 13 mars, la société allemande Siemens A.G. a annoncé avoir transmis 3,2 billions de bits par seconde via des parties du réseau de fibre optique de WorldCom dans la région de Dallas au cours d'un essai d'un mois qui a marqué un record en dehors du laboratoire.

Diviser et conquérir

Pour établir des records de vitesse de transmission de données, les ingénieurs doivent emballer les signaux dans une fibre aussi efficacement que possible. Pour ce faire, ils compressent de nombreux signaux de transmission séparés dans le spectre optique disponible, tout comme les stations de radio ou de télévision sont regroupées dans les bandes de diffusion. La capacité totale dépend à la fois du nombre de canaux séparés et de la vitesse à laquelle chaque canal transmet.

Les systèmes optiques transmettent chaque canal à une longueur d'onde distincte, en utilisant une technique appelée multiplexage par répartition en longueur d'onde. Tous les canaux doivent s'inscrire dans une plage limitée par l'atténuation du signal dans la fibre et par les amplificateurs optiques nécessaires pour couvrir de longues distances. La réduction de l'espace entre les canaux augmente le nombre pouvant transporter des données mais augmente également le risque d'interférence entre les canaux adjacents.

Les groupes français et japonais ont atteint des équilibres différents pour franchir la barrière des 10 000 milliards de bits. Les deux équipes ont utilisé des canaux individuels transmettant à 40 milliards de bits par seconde, le même débit de données utilisé dans la démonstration WorldCom. Cependant, Alcatel s'est concentré sur l'emballage serré des signaux dans la plage de longueurs d'onde limitée des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium nécessaires pour la transmission longue distance. NEC a plutôt ajouté un nouveau type d'amplificateur pour étendre la gamme de longueurs d'onde disponibles.

Alcatel les emballe

Sébastien Bigo d'Alcatel Research and Innovation à Marcoussis, France, et 14 autres ingénieurs d'Alcatel ont travaillé dans les bandes conventionnelles et à grande longueur d'onde des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium standard. Ils ont espacé les canaux à des intervalles alternatifs de 50 et 75 gigahertz, correspondant à des décalages de longueur d'onde d'environ 0,4 et 0,6 nanomètres dans la plage de 1550 nanomètres des amplificateurs à l'erbium. L'espacement inégal leur a permis d'ajouter des filtres optiques spéciaux, qui ont rasé une partie de chaque canal, de sorte que les canaux adjacents n'interfèrent pas les uns avec les autres. Cela regroupait 32 canaux dans chacun des deux amplificateurs à fibre d'erbium fonctionnant dans différentes bandes de longueur d'onde.

L'équipe d'Alcatel a ensuite doublé la capacité de transmission en transmettant un ensemble de signaux dans une polarisation et un deuxième ensemble dans la polarisation opposée, portant le nombre total de canaux à 256 et la vitesse totale à 10 200 milliards de bits par seconde. Ils ont montré que le signal pouvait parcourir 100 kilomètres de fibre.

NEC branche un ampli

Kiyoshi Fukuchi de NEC Computer and Communication Media Research à Kawasaki, au Japon, et sept collègues de NEC ont ajouté un troisième amplificateur fonctionnant à des longueurs d'onde légèrement plus courtes et ont étiré les deux bandes de fibre d'erbium. Ce nouvel amplificateur, basé sur des fibres optiques dopées à la terre rare thulium à la place de l'erbium, leur offrait une gamme de longueurs d'onde beaucoup plus large que le groupe Alcatel.

Les chercheurs de NEC ont profité de cette gamme plus large pour emballer les canaux de manière moins dense. Au lieu de superposer des signaux de polarités différentes à la même longueur d'onde, ils ont décalé les longueurs d'onde. Dans cet arrangement, chaque canal était à 50 gigahertz de deux canaux avec une polarisation différente et à 100 gigahertz de canaux à polarisation identique, minimisant les interférences. En utilisant cette approche, NEC a transmis un total de 273 canaux à 40 gigahertz chacun, établissant un record de 10,9 billions de bits par seconde sur 117 kilomètres de fibre.

Les deux systèmes sont bien au-dessus des systèmes commerciaux les plus rapides, qui transmettent jusqu'à 160 canaux à 10 milliards de bits chacun. Les compagnies de téléphone n'ont pas encore installé d'émetteurs dans tous ces créneaux, et la plupart des systèmes fonctionnent à des vitesses bien inférieures.

Pendant plus de deux décennies, les records de vitesse de la fibre optique longue distance se sont maintenus à peu près grâce à la loi de Moore (le doublement tous les 18 mois du nombre de transistors emballés sur une puce). Cette croissance constante de la capacité de fibre a fait baisser les prix des appels téléphoniques longue distance et ouvert la gamme de pipelines d'information qui transportent le trafic Internet.

Pourtant, la croissance incessante du trafic Internet rend les pipelines de fibre optique encore plus grands et très attrayants.

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