Centre Universitaire Ain Témouchent. Institut des Sciences et de la technologie

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2 Centre Universitaire Ain Témouchent Institut des Sciences et de la technologie

3 26/09/2007 CHIKHAOUI Abdelhak-Soutenance de thèse 1

4 La communication optique désigne les télécommunications utilisant des moyens, matériaux ou instruments d'optique. Télécommunications optiques : un système d avenir vieux comme le monde!! Message codé Détecteur : oeil Canal:Transmission à vue Emetteur Source de lumière :feu, soleil 13/12/2009 CHIKHAOUI Abdelhak-Soutenance de thèse 1

5 l'histoire des télécommunications: 1793 : Le télégraphe optique de Claude Chappe 1820 : Premiers essais de transmission de signaux sur support électrique 1850 : Morse(25 mots/minute) 1865 : Première liaison transatlantique télégraphique 1876 : Le téléphone de Graham Bell 1915 : Liaisons téléphoniques interurbaines grâce à l'amplification 1951 Premières communications par voie hertzienne 1956 Premiers câbles Transatlantiques TAT Premier satellite de télécommunications 1960 Découverte du laser : L'idée de transmettre de l'information sur support optique voit le jour! Fibre optique!!!! Un guide de lumière qui est devenu un support d information!!!

6 Fibre unimodale Faible dispersion Connexion délicate Faible atténuation Hauts débits, longues distances Fibre multimode Forte dispersion Connexion facile Forte atténuation Réseaux locaux Aujourd hui, 0.15 db/km seulement de pertes à 1,55 µm

7 Nombreux atouts par rapport aux câbles en cuivre : Débits très élevés une grande bande passante (12THz), Légèreté(poids faible), Encombrement moindre,, Insensibilité aux perturbations électromagnétiques, transmission avec peu de pertes d énergie Résistance à la corrosion... Capacité, distance et vitesse de propagation importantes pas d échauffement Confidentialité Faibles atténuation et interférences dans la fibre,

8 Répondre à la forte croissance de la demande en débit Evolution des performances du systèmes. Déploiement de la fibre optique Formation aux métiers de la fibre optique Intégrer la sécurité et la robustesse 26/09/2007 CHIKHAOUI Abdelhak-Soutenance de thèse 1

9 Répondre à la forte croissance de la demande en débit Accès internet rapide et ultrarapide, afin de répondre a une demande exponentielle en bande passante due au développement des services multimédias sur Internet comme la télévision haute définition (HD), la 3D et les jeux 3D, le téléchargement de musique ou de vidéos, la vidéoconférence. L'intérêt des technologies d'accès à haut débit le streaming la télévision par Internet Téléchargement Grande capacité La fibre optique est aujourd hui le support indispensable à une augmentation globale des débit

10 Evolution développement et des performances du système Schéma de système de Télécommunication optique 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent 1

11 Evolution développement et des performances du système La 1 er génération dès 1980, (par fibre multimode en silice à λ = 0,8 μm et un répéteur tous les 10 km), atteignant ainsi un débit de 45 Mb/s. En même temps une 2 ème génération cette fois-ci avec des fibres optique à λ = 1,3 μm. Alors que la première utilisait des lasers avec des hétérojonctions du type GaAs/GaAlAs, la deuxième utilisait des composants avec des hétérojonctions de type InGaAsP/InP. A la fin des années 80, grâce aux fibres monomodes, étaient disponibles sur le marché, des systèmes avec des débits de transmission de 1,7 Gb/s, et des séparations entre répéteurs de 50 km avec des fibres monomodes de silice, présentant une atténuation d environ 0,6 db/km à λ = 1,3 μm. D autre part, le niveau d atténuation le plus faible, lui se trouve à λ = 1,55 μm (fenêtre de transmission). Ceci a motivé le développement d une troisième génération En 1989, les systèmes utilisent la longueur d onde à 1,55 μm avec un débit de 10 Gb/s. utiliser des diodes lasers monomodes et des fibres à dispersion décalée, les distances de régénération atteignent 60 à 70 km. En 1990, les amplificateurs optiques dopés à l erbium (EDFA) apparaissent, ils introduisent un gain de 40 db, séparés de 60~100 km (régénération purement optique!!!). Nous voilà maintenant entrés dans la «4 ème génération», avec les techniques de multiplexage temporel (TDM) et multiplexage en longueur d onde (WDM), couplé aux amplificateurs optiques, sources lasers Accordables en longueur d onde. Aller vers un réseau tout optique

12 Evolution des performances du système Ce sont les émetteurs et récepteurs des signaux qui transitent sur la fibre qui limitent le débit, et non pas la fibre elle-même. De ce fait, pour augmenter les débits, il suffit de changer les émetteurs et récepteurs par des modèles plus performants, et ce sans avoir à enterrer de nouvelle fibre réseaux Tout optique. 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent 1

13 Déploiement de la fibre optique Les coûts de déploiement est dépend du tissu urbain bien plus dense, ce qui Entraîne des plus coûts de raccordement. Volonté politique, cadre réglementaire et sociale en plus une sensibilisation de l habitation Entreprises qualifiées pour l installation et le suivi (services techniques) La fibre n'est pas encore suffisamment présente pour supplanter le cuivre. À l'heure actuelle, de nombreux services n'ont pas d'équivalence fibre: alarmes d'ascenseur, systèmes de télé-relèves, modems industriels 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent 1

14 Formation aux métiers de la fibre optique Mission : Il faut crée des parcours, de formation initiale pour les jeunes et formation continue pour les salariés d entreprises Université - CFPA Institut Ecole supérieure. Câblage Fibre Optique Soudure & Raccordement de la fibre Installateur de réseau câblé fibre optique, électricien. Technicien en optique de précision 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

15 Vidéocommunications (Visioconférences, Télémédecine) Liaison et réseaux de données (Internet) Liaisons industrielles Capteurs et instrumentation 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

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17 "La photonique est partout, et pourtant invisible" Le mot photonique vient de photon, particule spécifique de la lumie re. Dérivée de l optique, la photonique étudie l émission, la transmission et la conversion des signaux lumineux, notamment dans le but de transmettre des informations. Le terme photonique est aussi utilisé dans des mots composés désignant de nouvelles sciences ou technologies utilisant la lumière :nanophotonique, biophotonique. Les composants étudiés dans le cadre de la photonique sont notamment les lasers, les diodes électroluminescentes, les fibres optiques, les modulateurs optiques, les amplificateurs optiques. 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

18 Les cristaux photoniques (BIP ) sont des structures périodiques à une, deux ou trois directions de périodicité, dans lesquelles il y a une périodicité de la constante diélectrique (indice optique) C est en 1987 Eli Yablonovitch et Sajeev John, puis /04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

19 Effets colorés Dépendants de l'angle : couleurs Opales Papillons Peintures bleu à l'air pur (indice de réfraction n = 1), vert dans une vapeur d'acétone (n = 1,36) et marron clair dans une vapeur de trichloroéthylène (n = 1,48). Les opales : cristaux photoniques 3D naturels 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

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22 Fibre optique à cristaux photoniques les fibres micro-structurées ont su démontrer l étendue de leurs possibilités et sont parvenues à susciter l intérêt de nombreux groupes académiques et industriels. Capteurs, sources de lumière, composants pour les télécommunications sont autant de domaines où l utilisation de ces fibres optiques d un nouveau genre n est plus à démontrer et nul ne doute que toutes les possibilités offertes n ont pas encore été explorées. Ce sera très certainement un des enjeux des dix prochaines années que de faire de ces fibres des éléments à même d être intégrés dans les futurs réseaux de télécommunication et d accroître leurs performances par l étude de nouvelles géométries combinées à de nouveaux matériaux. 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

23 Fibre optique à cristaux photoniques L intérêt de tels matériaux réside dans leur capacité a contrôler et modeler la propagation des ondes électromagnétiques. 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

24 Fibre optique à cristaux photoniques Guidage dans le fort indice Contrôle transverse de la propagation de lumière Grande versatilité Le coeur peut être creux ou plein : Guidage par réflexion de bande interdite photonique Contrôle de la dispersion 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

25 Cristaux photoniques: Vers une haute densité d'intégration L'optique intégrée concerne la réalisation de composants optiques de très petite dimension. Ces technologies permettent de réaliser dans de faibles volumes des fonctions optiques élémentaires ou élaborées impossibles à réaliser par d autres technologies. Fonctions passives Répartition, Concentration, MUX-DEMUX Fonctions actives Modulations : Phase Amplitude(commutation) Fréquence Géométrie générale : plaquettes de quelques cm² d'une épaisseur maximale de 1mm. 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

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27 Intégration des fonctions élémentaires par des structures à cristaux photoniques (guides, modulateurs, coupleurs, lignes à retard, etc.) Circuit intégré calculateur photonique à base de cristaux photoniques 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

28 Qu est-ce qu un soliton? Considérons tout d abord un groupe de coureurs évoluant sur un milieu déformable, un matelas par exemple. Alors que le coureur le plus véloce se porte en tête du groupe, il se trouve contraint de gravir en permanence la dépression mobile provoquée par le poids du groupe, voyant ainsi se réduire ses velléités a s échapper. A contrario, la descente permanente dans cette dépression évite au moins rapide d entre eux de se faire rapidement distancer. L interaction du groupe avec le milieu tend donc a corriger les différences de vitesse entre coureurs. Pour une élasticité du milieu donnée, le contrôle séparé du poids du groupe, de la distance entre coureurs et de la disparité de leur condition physique permet la formation d un peloton stable au comportement quasi-corpusculaire. 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

29 Saviez -vous que le soliton est l impulsion naturelle dans Une fibre optique!!! Un canal de transmission est dit non linéaire lorsque sa fonction de transfert dépend du signal d entrée. L'effet Kerr, la diffusion Raman et l'effet Brillouin sont les principales sources de non linéarité dans les fibres optiques. Parmi les conséquences de ces effets nonlinéaires, on peut citer l'automodulation de phase, des mélanges à quatre ondes 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

30 l intensité du champ électrique, modifie l indice de réfraction par un effet non linéaire appelé effet Kerr optique. Ce changement d indice affecte en retour la propagation de la lumière. Dans certaines conditions, il est de nature à en corriger les effets de dispersion associés aux différentes composantes spectrales de la lumière qui, elles aussi, se propagent avec des vitesses différentes. Il en résulte des impulsions de lumière d enveloppe constante appelées solitons. Les non-linéarités corrigeant alors la dispersion, c est donc bien le signal lui-même qui corrige les imperfections du canal Avec la transmission par solitons, c est la possibilité de régénérer optiquement, c est-à-dire sans conversion vers l électrique, qui se dessine. Elle doit donner a la transmission Tout Optique 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent

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32 une 5 ème génération et en train de ce dessiner. Par l utilisation de nouvelle technique, comme la transmission par soliton, l emploi de fibre optique à base de cristaux photoniques (μstructurees) ou fibre à trous, la transmission en double bande (C+L), la réduction de l écart spectrale entre chaque longueur d onde, l augmentation du nombres de longueurs d ondes, etc. Une fois ces techniques maîtrisées le débit passerait au Tb/s (160 Gb/s ~ 10 Tb/s testé actuellement en laboratoire). 21/04/2014 semaine de la Technologie CU AinTemouchent