Découvrez le système de transmission par répéteur optique en quelques minutes

La distance de transmission de tout système de communication par fibre optique est limitée par des facteurs tels que la perte et la dispersion de la fibre optique. Un réseau de communication par fibre optique, comme un réseau de télécommunication, doit intégrer une station relais régénératrice à une certaine distance pour assurer la transmission des signaux longue distance. L'amplification et la régénération garantissent la qualité de la transmission. Dans les liaisons de transmission par fibre optique, outre l'utilisation de divers dispositifs actifs aux fonctions différentes, la qualité des dispositifs optiques passifs a un impact sur les performances des réseaux de fibre optique.

 

L'absorption et la dispersion de la fibre optique entraînent une atténuation du signal optique et une distorsion de la forme d'onde. Par conséquent, la qualité de transmission de l'information est réduite, le taux d'erreur binaire augmente et la distance de communication est limitée. Afin de répondre aux exigences de communication longue distance, deux méthodes de transmission par relais des signaux optiques sont généralement utilisées : un répéteur hybride optique-électrique, initialement utilisé, et une méthode de conversion optique-électrique-optique est adoptée, dont la structure est illustrée dans la figure suivante. L'atténuation et la distorsion du signal optique sont reçues par le récepteur optique et converties en signaux électriques pour traitement, puis la source lumineuse de l'émetteur optique est modulée, convertissant le signal optique pour poursuivre la transmission. Une autre méthode consiste à utiliser un amplificateur optique pour amplifier directement le signal lumineux et le transmettre.

 

Les premiers relais à fibre optique (et encore largement utilisés) utilisent la conversion optique-électrique-optique. La structure d'un répéteur optique numérique typique est illustrée dans la figure ci-dessous. Il se compose principalement d'un photodétecteur, d'un amplificateur de signal électrique (un préamplificateur à faible bruit et un amplificateur principal à gain élevé), d'un circuit d'égalisation, d'un circuit de contrôle automatique de gain (CAG), d'un circuit de régénération de décision, d'un circuit de modulation de lumière et d'une source lumineuse.

 

Le photodétecteur détecte le signal optique reçu, le convertit en signal d'impulsion électrique, puis, via un amplificateur de signal électrique pour l'amplification, le traitement de la décision de régénération, etc., restitue le même flux de signal numérique qu'à l'extrémité de transmission, puis passe. Le modulateur de lumière module la source lumineuse, la convertit en signal optique et pénètre dans la fibre optique pour poursuivre la transmission. Autrement dit, chaque station relais traite le signal optique transmis par une méthode de conversion optique-électrique-optique.

 

De la composition du répéteur, les principaux modules fonctionnels peuvent être résumés comme suit.

 

Grossissement équilibré. Cela signifie que le signal électrique faible et déformé reçu est égalisé, compensé, mis en forme et amplifié dans une certaine mesure pour répondre aux exigences de traitement du signal.

Circuit d'extraction de synchronisation. Il consiste à extraire la fréquence d'horloge de la séquence d'impulsions électriques d'entrée afin d'obtenir l'impulsion de synchronisation utilisée dans des circuits tels que la démodulation synchrone.

Circuit de régénération de décision. Il consiste à régénérer la forme d'onde de distorsion de transmission afin d'obtenir la même séquence d'impulsions électriques qu'à l'extrémité de transmission.

La principale caractéristique de ce répéteur est sa capacité à façonner et à régénérer le signal d'impulsion afin d'éviter toute accumulation de distorsion. Ses inconvénients sont la complexité de l'équipement, le coût élevé et la maintenance peu pratique.

 

La technologie des répéteurs de conversion optique-électrique-optique est relativement mature, mais elle présente l'inconvénient d'être complexe et coûteuse, et de constituer un goulot d'étranglement pour la transmission du signal (la bande passante du signal électrique étant bien plus étroite que celle du signal optique). Avec le développement des dispositifs optiques, l'amplification et la retransmission directes des signaux optiques ont été développées.

 

Avant l'avènement des amplificateurs à fibre optique, les répéteurs des systèmes de communication par fibre optique utilisaient systématiquement des méthodes de conversion optique-électrique-optique. Cette situation a entraîné une complexité accrue des équipements, entraînant des coûts élevés et une réduction des capacités. L'efficacité du système s'en est trouvée réduite, entraînant une augmentation des coûts de réseau et d'autres problèmes. C'est pourquoi les scientifiques se sont depuis longtemps consacrés à l'étude des relais tout optiques, c'est-à-dire des répéteurs à amplification optique directe ne nécessitant pas de conversion optique-électrique-optique. L'apparition des amplificateurs à fibre optique marque une étape importante dans l'histoire des communications par fibre optique. La tendance actuelle des systèmes de communication par fibre optique est la réalisation de réseaux tout optiques. Les amplificateurs optiques sont utilisés directement pour amplifier les signaux optiques. Le processus d'amplification est illustré sur la figure.

 

Un répéteur tout optique, c'est-à-dire un amplificateur optique, se caractérise par l'amplification directe du signal optique et présente un degré élevé de transparence au format et au débit de la paire de signaux (car l'amplificateur optique amplifie uniquement le signal reçu, il peut donc prendre en charge différents débits binaires et n'importe quel format du signal) rend la structure du système simple et flexible.

 

Les amplificateurs optiques comprennent principalement les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA) et les amplificateurs à fibre. Le terme « amplificateur optique » désigne un dispositif d'amplification optique constitué d'un matériau semi-conducteur. Si le film réfléchissant aux deux extrémités du laser à semi-conducteur est retiré, c'est-à-dire un amplificateur optique à onde progressive à semi-conducteur sans rétroaction, il peut amplifier la lumière de différentes longueurs d'onde. Il existe deux types d'amplificateurs à fibre : les amplificateurs à fibre non linéaire et les amplificateurs à fibre dopée. L'amplificateur à fibre dopée est un amplificateur optique développé ces dernières années. Il utilise un ion de terre rare dopé (Er), un ion néodyme (Nd), un ion praséodyme (Pr), un ion ytterbium (Tm), etc., dopé avec un ion rare. Les ions sont incorporés à la fibre optique, et la source lumineuse de pompage est appliquée en externe afin de remplir certaines conditions pour constituer un amplificateur optique. Amplificateurs à fibre dopée commune (bande de fonctionnement de 1,55 μm), amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (bande de travail de 1,3 μm), amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (bande de travail de 1,55 μm), etc.