Présentation de la mise en réseau optique

Un réseau optique est un système de communication qui utilise des signaux lumineux, au lieu de signaux électroniques, pour envoyer des informations entre deux ou plusieurs points. Les points pourraient être des ordinateurs dans un bureau, de grands centres urbains ou même des nations du système mondial de télécommunications. Les réseaux optiques comprennent des émetteurs et récepteurs optiques, des câbles à fibres optiques, des commutateurs optiques et d'autres composants optiques. Les réseaux optiques et électroniques peuvent prendre plusieurs formes différentes. Les réseaux point à point établissent des connexions permanentes entre deux ou plusieurs points afin que n'importe quelle paire de nœuds puisse communiquer les uns avec les autres ; les réseaux point à multipoint diffusent les mêmes signaux simultanément vers de nombreux nœuds différents ; les réseaux commutés comme le système téléphonique comprennent des commutateurs qui établissent des connexions temporaires entre des paires de nœuds. Les éléments de base de ces réseaux sont des câbles à fibres optiques, appelés tuyaux, qui transportent les signaux de nœud à nœud, avec des commutateurs les dirigeant vers leur destination.

Le signal

Un signal optique se compose d'une série d'impulsions produites par l'activation et la désactivation d'un faisceau laser. Sa vitesse dépend de la vitesse à laquelle le faisceau peut être allumé et éteint et de la durée de propagation des impulsions pendant la transmission, un effet appelé dispersion. La quantité de dispersion dépend du type de fibre, de la longueur de la fibre et de la nature du signal optique. Plus la dispersion est importante, plus il est difficile de distinguer des impulsions adjacentes. Avec la technologie actuelle, différents types de fibres peuvent être combinés pour réduire les effets de dispersion, permettant une transmission à 10 gigabits par seconde sur quelques milliers de kilomètres. Pour atteindre des vitesses de transmission plus rapides, les chercheurs explorent des moyens de compenser activement la dispersion.

Une seule fibre peut transmettre simultanément de nombreux signaux séparés à différentes longueurs d'onde de la lumière, une technique appelée multiplexage par répartition en longueur d'onde. Ceci est analogue à la diffusion de nombreux signaux de radio et de télévision dans les airs à différentes fréquences.

Comme le nombre de stations radio, le nombre maximum de canaux optiques est limité par la tranche de spectre utilisée pour chaque canal et la quantité totale de spectre disponible. Des dispositifs appelés démultiplexeurs séparent les canaux optiques et les distribuent à des récepteurs optiques séparés. Les démultiplexeurs découpent le spectre en morceaux très étroits, isolant chaque canal optique des canaux adjacents.

En multipliant le nombre de canaux optiques par le débit de données sur chaque canal optique, on obtient la capacité de transmission totale d'une fibre. Des expériences en laboratoire ont transmis plus de 10 000 milliards de bits (10 térabits) par seconde à travers plus de 100 kilomètres de fibre. Cependant, les taux de transmission commerciaux ne dépassent généralement pas quelques centaines de gigabits par seconde.

Atteindre ces débits de données élevés et ces canaux multiples nécessite des composants sophistiqués. Les lasers à semi-conducteurs, qui génèrent les impulsions lumineuses utilisées dans presque tous les systèmes de communication à fibres optiques, ne doivent émettre qu'une gamme très étroite de longueurs d'onde pour limiter la dispersion. Les fibres sont également conçues pour limiter la dispersion.

Amplificateurs

Les fibres optiques les plus claires peuvent transmettre des signaux sur plus de 100 kilomètres sans amplification, bien plus loin que les fils de cuivre. Lorsque le signal doit couvrir une plus longue distance, il passe par un amplificateur optique, qui multiplie la force du signal optique. Les amplificateurs optiques les plus utilisés sont des fibres dopées avec des atomes d'erbium, une terre rare qui absorbe l'énergie lumineuse d'un laser de pompe externe. Les atomes d'erbium libèrent ensuite cette énergie pour amplifier des signaux optiques faibles sur toute la bande de longueurs d'onde que le laser transmet. Avec un contrôle minutieux, une chaîne de dizaines d'amplificateurs à fibre optique peut transmettre des signaux à des milliers de kilomètres à travers l'océan.

Commutateurs optiques

L'un des défis des réseaux optiques est de savoir comment commuter les signaux lumineux. Lorsqu'un signal arrive à destination, il doit être séparé du reste des canaux. Pour supprimer un signal à un point intermédiaire, un filtre optique sépare la bonne longueur d'onde du reste. L'équipement à ce point peut également ajouter un nouveau signal à la longueur d'onde maintenant inoccupée.

Les commutateurs optiques peuvent fonctionner sur une seule longueur d'onde, ou sur toutes les longueurs d'onde transmises à travers une fibre. Un filtre fixe, comme celui décrit ci-dessus, pourrait être remplacé par un commutateur qui sélectionne l'un de plusieurs filtres pour détourner la longueur d'onde souhaitée vers le point intermédiaire. Un troisième type de commutateur sépare les longueurs d'onde en faisceaux séparés, et un miroir mobile dirige une ou plusieurs des longueurs d'onde dans une direction différente. D'autres commutateurs optiques commutent simultanément toutes les longueurs d'onde traversant une fibre ; un exemple est un miroir à la sortie de la fibre qui pourrait s'incliner entre deux positions différentes pour rediriger tous les canaux optiques en cas de rupture de fibre.

Les exemples précédents sont appelés interrupteurs tout optiques car ils fonctionnent sur des signaux lumineux. Une classe différente de commutateurs convertit les signaux optiques en une forme électronique qui peut être commutée électroniquement ; le signal électronique résultant alimente ensuite un émetteur optique pour générer un nouveau signal optique. Ceux-ci sont appelés commutateurs opto-électro-optiques.

À mesure que la technologie continue de progresser, les réseaux optiques devront convertir les signaux d'une longueur d'onde à une autre. Cela peut être fait maintenant avec des convertisseurs de longueur d'onde opto-électro-optiques qui convertissent le signal optique d'entrée sous forme électronique pour piloter un émetteur à la deuxième longueur d'onde. Les convertisseurs de longueur d'onde tout optique ont été démontrés en laboratoire, mais ne sont pas encore utilisés dans des systèmes pratiques. Des sources laser pouvant être réglées sur de nombreuses longueurs d'onde différentes seront également nécessaires ; plusieurs types ont été démontrés, et certains sont en production commerciale.

cacher