Introduction de fibres spéciales pour les systèmes de communication optique

Les communications par fibre optique ont transformé nos vies à bien des égards au cours des 40 dernières années. Il ne fait aucun doute que les fibres optiques à faibles pertes ont joué un rôle crucial dans l'immense succès des technologies de communication optique. On sait cependant moins que les composants à base de fibre ont également joué un rôle crucial dans ce succès.

À l'origine, les systèmes de transmission par fibre optique étaient des systèmes point à point, d'une longueur nettement inférieure à 100 km. Dans les années 1980, la recherche et la compréhension des composants optiques, notamment des composants à fibre optique, ont rapidement progressé. Nombre de ces composants ont trouvé des applications commerciales dans la technologie des capteurs optiques, notamment dans les gyroscopes à fibre optique et autres dispositifs de détection optique. Des composants simples tels que des répartiteurs de puissance, des contrôleurs de polarisation, des composants de multiplexage, des dispositifs interférométriques et d'autres composants optiques se sont révélés très utiles. Un nombre important de ces composants étaient fabriqués à partir de fibres à maintien de polarisation (PMF). Vous pouvez acheter des câbles de raccordement à fibre optique PM chez Fiber-Mart.

Bien que le marché des capteurs à fibre optique ne soit pas très vaste, les applications ont stimulé la recherche sur la fabrication de nouveaux composants, tels que les composants à maintien de polarisation. D'autres composants, comme les répartiteurs de puissance, ont été fabriqués à partir de fibres de télécommunication multimodes (MM) ou monomodes standard. Dans le secteur des télécommunications, le réseau optique passif a été proposé pour le réseau de fibre optique jusqu'au domicile (FTTH) déjà envisagé. Ce réseau reposait largement sur l'utilisation de répartiteurs optiques passifs. Ces répartiteurs étaient fabriqués à partir de fibres monomodes standard (SMF). Cliquez ici pour obtenir le prix d'un câble à fibre optique monomode. Bien que le FTTH, à grande échelle, n'ait été développé que des décennies plus tard, la recherche sur l'utilisation de composants pour les applications de télécommunications s'est poursuivie.

L'introduction commerciale de l' amplificateur à fibre optique au début des années 1990 a révolutionné les transmissions par fibre optique. Grâce à l'amplification, les signaux optiques pouvaient parcourir des centaines de kilomètres sans régénération. Cela a eu des implications techniques et commerciales majeures. Rapidement, de nouveaux composants pour fibres optiques ont été introduits pour améliorer les amplificateurs et les systèmes de transmission. Des fibres spéciales étaient nécessaires pour l'amplificateur, par exemple des fibres dopées à l'erbium. La conception de fibres amplificatrices hautes performances exigeait des considérations particulières concernant le diamètre du champ de mode, le chevauchement du champ optique avec le cœur actif de la fibre, la composition du cœur et l'utilisation de nouveaux dopants. Des conceptions radicalement différentes de celles des fibres de transmission conventionnelles ont évolué afin d'optimiser les performances des amplificateurs pour des applications spécifiques. L'introduction de la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) a imposé des exigences encore plus strictes en matière de conception et de composition des fibres, afin d'obtenir une bande passante plus large et un gain uniforme. Les efforts visant à étendre la bande passante des fibres dopées à l'erbium et à développer des amplificateurs à d'autres longueurs d'onde, comme 1 300 nm, ont stimulé le développement d'autres dopants. Le codopage à l'ytterbium (Yb) permet un pompage de 900 à 1090 nm à l'aide de lasers à solide ou de lasers à fibre Nd et Yb. La possibilité de pomper des fibres Er/Yb en géométrie à double gaine avec des sources de forte puissance à 920 ou 975 nm suscite un intérêt récent. Les fibres à double gaine sont également utilisées pour produire des lasers à fibre utilisant l'Yb et le Nd.

Outre la fibre d'amplification, l'EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium) nécessite plusieurs composants optiques pour fonctionner. Parmi ceux-ci figurent des dispositifs de multiplexage en longueur d'onde et de multiplexage de polarisation pour les longueurs d'onde de pompage et de signal. Des filtres pour l'aplatissement du gain, des atténuateurs de puissance et des prises pour la surveillance de la puissance, entre autres composants optiques, sont nécessaires aux performances du module. De plus, la distance de transmission de plusieurs centaines de kilomètres sans régénération étant permise par l'amplificateur, d'autres propriétés de propagation sont devenues importantes. Ces propriétés comprennent la dispersion chromatique, la dispersion de polarisation et les non-linéarités telles que le mélange à quatre ondes (FWM), l'automodulation et la modulation de phase croisée, ainsi que la diffusion Raman et Brillouin. Des fibres à compensation de dispersion ont été introduites afin de gérer la dispersion en longueur d'onde. Les pertes de couplage à large bande entre les fibres de transmission et de compensation posaient problème. Des fibres de conversion de mode ou de pont spécialement conçues permettent un épissure à faible perte entre ces trois fibres, rendant ainsi possibles les compensateurs de dispersion à faible perte d'insertion. Des composants à fibres optiques, ainsi que des composants microoptiques ou, dans certains cas, des composants optiques planaires, peuvent être fabriqués pour ces applications. Généralement, mais pas toujours, les composants à fibres optiques offrent la plus faible perte d'insertion par composant. Un certain nombre de ces composants à fibres optiques peuvent être fabriqués à partir de fibres SMF standard, mais des fibres spéciales sont souvent nécessaires.

Les fibres spéciales sont conçues en modifiant la composition de la fibre de verre, le profil de l'indice de réfraction ou le revêtement afin d'obtenir des propriétés et des fonctionnalités uniques. Outre les applications dans les communications optiques, les fibres spéciales trouvent de nombreuses applications dans d'autres domaines, tels que les capteurs industriels, les systèmes d'alimentation et d'imagerie biomédicales, les gyroscopes à fibre militaire et les lasers haute puissance, pour n'en citer que quelques-uns. Il existe de nombreuses gammes de fibres spéciales pour différentes applications. Parmi les fibres spéciales les plus courantes, on trouve :

• Fibres actives : Ces fibres sont dopées avec un élément de terre rare tel que l'Erbium, le Nd, l'Yb ou un autre élément actif. Elles sont utilisées pour les amplificateurs optiques et les lasers. Les amplificateurs à fibre dopée à l'erblium sont un bon exemple de composants utilisant une fibre active. Les fibres dopées aux semi-conducteurs et aux nanoparticules deviennent un sujet de recherche intéressant.
• Fibres à contrôle de polarisation : Ces fibres présentent une biréfringence élevée qui permet de maintenir la polarisation sur une grande longueur. Cette biréfringence élevée est due à des contraintes asymétriques, comme dans les conceptions Panda ou Bowtie. Si les deux modes de polarisation sont présents dans la fibre, on parle de fibre à polarisation simple. Si un seul mode de polarisation se propage dans la fibre tandis que l'autre est bloqué, on parle de fibre à polarisation simple.
• Fibres à compensation de dispersion : Ces fibres présentent une dispersion chromatique opposée à celle des fibres de transmission, telles que les fibres SMF standard et les fibres à dispersion décalée non nulle (NZDSF). Ces fibres sont utilisées pour fabriquer des modules de compensation de dispersion afin d'atténuer les effets de la dispersion dans un système de transmission par fibre.
• Fibres optiques hautement non linéaires : les fibres ont un coefficient non linéaire élevé pour une utilisation dans le traitement et la détection du signal optique utilisant des effets non linéaires optiques tels que l'effet Kerr optique, la diffusion Brillouin et la diffusion Raman.
• Fibres de couplage ou fibres pontées : le diamètre du champ de mode des fibres est compris entre celui d'une fibre SMF standard et celui d'une fibre spécialisée. La fibre sert d'élément de couplage intermédiaire pour réduire les pertes de couplage élevées entre la fibre SMF standard et la fibre spécialisée.
• Fibres photosensibles : Fibres dont l'indice de réfraction est sensible aux ultraviolets (UV). Ce type de fibre est utilisé pour produire des réseaux de fibres par exposition aux UV.
• Fibres à haute ouverture numérique (NA) : Fibres dont l'NA est supérieure à 0,3. Ces fibres sont utilisées pour l'alimentation électrique et les communications à courte distance.
• SMF spéciaux : cette catégorie comprend des SMF standard avec un revêtement réduit pour des performances de courbure améliorées et des SMF spécialement conçus pour les applications à courte longueur d'onde.
• Fibres à revêtement spécial : Fibres avec revêtement spécial tel qu'un revêtement hermétique pour empêcher la pénétration de l'hydrogène et de l'eau, un revêtement métallique pour les applications à haute température.
• Fibres infrarouges moyennes : fibres à base de verre sans silice pour applications entre 2 et 10 microns
• Fibres à cristaux photoniques (PCF) : fibres à structure périodique permettant d'obtenir des propriétés de fibre qui ne sont pas disponibles avec les structures de fibre conventionnelles.

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