Résumé

Lasers, fibres et télécommunications

Métriques

19
12
277.1 Ko
 application/pdf
bitcache://9c029902234caef277fedf17b803584ed3027548

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2012-1/4684</identifier><creators><creator><creatorName>Frédérique de Fornel</creatorName></creator><creator><creatorName>Pierre-Noël Favennec</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Lasers, fibres et télécommunications</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2013</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Thu 22 Aug 2013</date>
	    <date dateType="Updated">Sat 26 Aug 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Fri 20 Apr 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">9c029902234caef277fedf17b803584ed3027548</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>33341</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

REE N°1/2012 ◗ 21 LES GRANDS DOSSIERsIntroduction 50 ans après son invention, et suite à des innovations conti- nues, le laser reste une brique essentielle, et même révolution- naire, dans les télécommunica- tions et plus généralement dans les sciences et les technologies de la communication1 2 . Le laser, dispositif issu de la recherche fondamentale3 a trouvé très ra- pidement des applications pour les communications grâce à des pionniers gravitant dans ce domaine. Aujourd’hui, il de- meure le dispositif fondamental de toute technologie des communications, qu’elle soit fibrée ou non. Ce dos- sier intitulé « lasers, fibres et télécommunications » vise à la fois à faire un point sur l’évolution des réseaux de té- lécommunications optiques et à recueillir les témoigna- ges de grands acteurs qui ont joué un rôle clé dans cette évolution. Quatre articles présentent ainsi l’état actuel des télécommunications optiques et un bilan historique de l’évolution des technologies de télécommunications optiques qui ont, grâce à leurs progrès incessants, per- mis les progrès des réseaux optiques. Deux acteurs de la recherche actuelle commencent par dresser un pano- rama assez exhaustif des télécommunications optiques puis le dossier donne la parole à quatre « pionniers » qui ont contribué à un récent atelier « lasers et communica- tions »4 tenu à Paris en décembre 2010. L’article, rédigé par Irène et Michel Joindot, « Les ré- seaux de télécommunications optiques  : construction, 1 « Le laser et ses applications – 50 après son invention », sous la di- rection de Pascal Besnard et Pierre-Noël Favennec, Collection télécom, Hermes-Lavoisier, 2010 2 « De l’émission stimulée d’Einstein aux lasers d’aujourd’hui », Jean- Pierre Pocholle, EDP Sciences, 2005 3 « Les débuts de l’histoire des lasers à semiconducteurs », Maurice Bernard, Revue de l’Electricité et de l’Electronique, vol. 3, pp. 88-96, 2009 4 Organisé à Telecom Paristech en décembre 2010 par le GDR-Ondes du CNRS, URSI-France, l’ABRET et le réseau européen Eurofos. Les planches présentées lors de cet atelier « laser et communication » (Paris 2010) peuvent être consultées sur les sites web des organisateurs : http://ursi-France.institut-telecom.fr http://gdr-ondes.u-bourgogne.fr, www.abret.asso.fr évolution et perspective » décrit l’évolution, jusqu’à maintenant, des télécommunications opti- ques, évolution qu’ils ont vécue tout au long de leurs activités professionnelles en tant qu’ac- teurs. Avant l’arrivée des télécom- munications, il existait d’autres systèmes de communication. Mais, petit à petit, l’optique a pris ses lettres de noblesse alors que le traitement de l’information évoluait fortement. On suit avec intérêt l’évolution des réseaux de télécommunications optiques : réseaux ter- restres et liaisons sous-marines avec leurs spécificités. Les auteurs montrent comment les progrès techniques qui se sont poursuivis de manière incessante ont conduit à une explosion en termes de capacités de transmission, de débits d’information aussi bien dans les réseaux na- tionaux qu’entre les continents, des 2,5 Gbit/s des sys- tèmes monocanaux de 1995 aux 8 Tbit/s d’un système WDM transmettant 80 canaux à 100 Gbit/s en 2010, la capacité d’une fibre optique aura donc été multipliée par un facteur 3 200 en l’espace de quinze ans ! Les ré- seaux permettent ainsi de répondre à la demande liée à la croissance du trafic de données, lui-même associé au développement de l’Internet à haut débit. Mais la ques- tion de la limite de ces réseaux optiques, en termes de débit, ne risque-t-elle pas demain de se poser ? Irène et Michel Joindot insistent sur les progrès réalisés dans le monde de l’optique comme dans celui du traitement du signal, progrès qui n’étaient pas forcément prévisibles. La question des systèmes tout optique est toujours d’actua- lité, mais ils devront aussi être moins consommateurs d’énergie pour constituer des « green communications » qui sont une nécessité pour l’avenir. Les acteurs des débuts des télécommunications optiques tant à France Telecom (Jean Le Mézec et Michel Tréheux), qu’à Thomson-CSF (Erich Spitz) ou à CGE-Alcatel (Jacques Ernest) nous présentent leur démarche scientifique et technique passant des hyper- fréquences au domaine optique via les progrès consi- dérables dans les technologies conjuguées des lasers et des fibres de silice. L’arrivée des fibres optiques et Lasers, fibres et télécommunications Frédérique de Fornel ICB UMR CNRS 6303 & GDR CNRS 2154 ONDES, Dijon Pierre-Noël Favennec URSI-France, consultant, Institut Télécom, Paris 22 ◗ REE N°1/2012 LES GRANDS DOSSIERs Introduction des lasers a créé une véritable tornade, dans les grands laboratoires industriels ou académiques du monde entier, les projets de recherche se sont résolument tournés vers ces nouveaux venus. La France a vécu pleinement ce mouvement enthousiasmant pour tous et notamment pour les jeunes chercheurs. Erich Spitz, nous rappelle quelques souvenirs scientifiques de cet- te époque exaltante aux laboratoires CSF à Corbeville. Pour lui, qui avait travaillé avec les ondes hyperfréquen- ces, l’optique cohérente n’était qu’un changement de fréquences… Il a immédiatement pressenti les avan- tages des sources laser pour des applications qui nous ont fait rêver. Aujourd’hui la présence universelle de la fibre optique dans tous les réseaux de télécommunica- tion, allant jusque chez le client, semble aller de soi. Ce n’était pas du tout le cas au début des années 70, où la « fibre » apparaissait encore comme une « fantaisie de chercheurs ». Jacques Ernest propose un aperçu de la transition rapide qui a fait passer la « fibre » et tout l’arsenal de l’optique quantique de ce statut de « fantaisie de cher- cheurs  » sans avenir prévisible, à celui d’un élément central pour le développement des télécommunica- tions d’aujourd’hui et de demain. Fondé sur son expé- rience vécue au sein des équipes de recherche de la CGE/Alcatel, il nous présente les facteurs déclenchant la mutation optique dans les télécommunications. Dans leur histoire des télécommunications optiques, Michel Tréheux et Jean Le Mézec montrent tout l’apport des trois laboratoires du CNET, l’un à Issy-les-Moulineaux ouvrant la voie par les premières démonstrations de faisceaux hertziens optiques – la première chaîne com- plète de télécommunications optiques a été réalisée dès 1966 – l’autre à Bagneux pour les études et réali- sations de lasers à l’état solide (dont ceux à semi-con- ducteurs), le troisième à Lannion centré sur l’étude de l’ensemble des problèmes dédiés aux télécommuni- cations par lasers : réalisation de systèmes complets, étude et réalisation de systèmes de traitement optique du signal. Cette période particulière fait apparaître une coïnci- dence extrêmement rare dans l’histoire des sciences : l’annonce, la même année, des trois composantes d’un système optique crédible : la fibre à faible atténuation, le laser solide à température ambiante et les photodé- tecteurs PIN. Ce phénomène va déclencher un énorme effort mondial de R&D et chacun comprendra qu’on assistait là à une rupture fondamentale en termes tech- niques et économiques. Les premiers développements montreront comment on passera rapidement de pro- duits de laboratoire aux premières liaisons industrielles. Depuis ces travaux innovants, les progrès phéno- ménaux des télécommunications optiques restent liés aux avancées simultanées des fibres et des lasers et notamment les communications sur fibre ont été une force motrice extraordinaire pour les lasers à semi- conducteurs. Grâce à l’évolution des fibres optiques, des lasers et des amplificateurs, les débits ont pu aug- menter de façon tout à fait notable, répondant aux be- soins de plus en plus pressants de communications. Les travaux d’Alcatel-Lucent ont montré5 que chaque nouveau record, quant aux débits, est atteint par l’in- troduction d’une amélioration technologique dans les composants, les fibres, les systèmes ou le traitement des signaux. Le record actuel, 112 Pbit/s.km depuis octobre 2009, est obtenu avec 155 lasers délivrant cha- cun 100 Gbit/s sur une distance de 7 200 km. Soit l’équivalent d’une Europe entière téléphonant avec l’Amérique entière dans une seule fibre. Des systèmes à 100 Gbit/s pour applications terrestres sont actuelle- ment installés, de même des systèmes à 40 Gbit/s pour applications transocéaniques sont actuellement vendus. Dans les laboratoires, les travaux sur les fibres opti- ques se poursuivent, pour encore augmenter les débits, en prenant des voies telles que l’utilisation des solitons ou de fibres nanostructurées ou en calquant la gestion de l’information sur les échanges neuronaux. Les sour- ces laser ont, elles aussi, connu de fortes évolutions. Les lasers solides à semi-conducteurs et à fibres asso- ciés aux fibres optiques ont permis des communica- tions à très hauts débits. Actuellement, les travaux de recherche dans le domaine des nanosciences voient apparaître de nouvelles pistes pour de nouveaux lasers. Certaines commencent à faire leurs preuves alors que d’autres n’en sont qu’à leurs balbutiements. On re- tiendra par exemple les microlasers et les nanolasers construits par intégration III-V sur silicium6 , les lasers organiques, les lasers à plasmons, les lasers à solitons de cavité, etc. La notion de green composants est ap- parue récemment ; les travaux de recherche prennent à 5 Sébastien Bigo : « La course aux très hauts débits », workshop « lasers et communications », Paris 15 décembre 2010. 6 Voir workshop « lasers et communications », Paris 15 décembre 2010 - Lasers polymères et « green lasers » - Joseph Zyss (ENS Cachan) - Intégration hétérogène III-V/Silicium, des micro aux nanolasers - Christian Seassal (EC Lyon) - Lasers à plasmons - Jean-Paul Pelouard (LPN CNRS) - Lasers et solitons de cavité - Stéphane Barland (INLN CNRS) REE N°1/2012 ◗ 23 LES GRANDS DOSSIERsIntroduction présent en compte ce paramètre essentiel pour l’avenir de notre planète. Il est encore difficile de savoir si ces nouveaux lasers, étudiés dans les laboratoires à partir de nouveaux concepts, vont apporter de nouvelles per- formances ou de nouvelles fonctions pour les télécom- munications optiques. Seul l’avenir le dira. ■ Frédérique de Fornel est directeur de recherche au CNRS à l’ICB UMR 6303 à Dijon. Ses recherches portent actuellement sur l’optique de champ proche et la nanophotonique. Fellow EOS, elle est directeur du GDR CNRS 21054 Ondes. Elle a travaillé sur les fibres optiques entre 1977 et 1986 à l’XLIM Limoges et à l’univer- sité de Southampton. ffornel@u-bourgogne.fr Pierre-Noël Favennec, docteur ès-sciences, a été chercheur au CNET Lannion-B dans le domaine de la physique des technolo- gies pour les composants optiques et hyperfréquences, puis expert- coordinateur à la direction scientifique de France Telecom R&D. Il est actuellement consultant à l’Institut Télécom, directeur de la Collection Télécom. Il a été président de la Fondation Santé et Radiofréquences et de l’URSI-France. Pierre-noel.favennec@institut-telecom.fr Les réseaux de télécommunications optiques : construction, évolution et perspectives Par Michel Joindot, Irène Joindot ............................................................................................................................................. p. 24 L’arrivée des fibres optiques et l’évolution des lasers : de la CSF à Thomson-CSF Par Erich Spitz .................................................................................................................................................................................... p. 41 La fibre optique, gadget pour chercheurs puis ingrédient central pour les télécommunications Par Jacques Ernest ........................................................................................................................................................................... p. 45 Histoire des télécommunications optiques au Centre National d’Etudes des Télécommunications (CNET) de 1960 à 1980 Par Jean Le Mézec, Michel Tréheux ........................................................................................................................................... p. 48 les articles