Fibre optique - Définition

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Introduction

Fibres optiques

Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. Elle offre un débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) d'informations nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et supporte un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) « large bande » par lequel peuvent transiter aussi bien la télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de...), le téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix...), la visioconférence ou les données informatiques.

Le principe de la fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de...) a été développé dans les années 1970 dans les laboratoires de l'entreprise américaine Corning Glass Works (actuelle Corning Incorporated).

Entourée d'une gaine protectrice, la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) peut être utilisée pour conduire de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers, de kilomètres. Le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) lumineux codé par une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'informations. En permettant les communications à très longue distance et à des débits jusqu'alors impossibles, les fibres optiques ont constitué l'un des éléments clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible...) de la révolution des télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance...) optiques. Ses propriétés sont également exploitées dans le domaine des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) (température, pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...), etc.), dans l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) et dans l'éclairage.

Un nouveau type de fibres optiques, fibres à cristaux photoniques (Les cristaux photoniques sont des structures périodiques de matériaux diélectriques ou...), a également été mis au point (Graphie) ces dernières années, permettant des gains significatifs de performances dans le domaine du traitement optique de l'information par des techniques non linéaires, dans l'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les...) optique ou bien encore dans la génération de supercontinuums utilisables par exemple dans le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) médical.

Dans les réseaux informatiques du type Ethernet (Ethernet est un protocole de réseau local à commutation de paquets. Bien qu'il...), pour la relier à d'autres équipements, on peut utiliser un émetteur-récepteur.

Historique

Les précurseurs

Illustration provenant d'un article de La nature de 1884 par Jean-Daniel Colladon.

À l'époque des Grecs anciens, le phénomène du transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de la lumière dans des cylindres de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) était déjà connu. Il était, semble-t-il, mis à profit par les artisans du verre pour créer des pièces décoratives. Plus tard, les techniques de fabrication utilisées par les artisans vénitiens de la Renaissance pour fabriquer les « millefiori » ressembleraient beaucoup aux techniques actuelles de fabrication de la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) optique. L'utilisation du verre en conjonction avec la lumière n'est donc pas récente.

La première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) du principe de la réflexion totale interne (En optique géométrique, un rayon lumineux traversant une séparation entre deux milieux d'indices...) fut faite par les physiciens français Jean-Daniel Colladon et Jacques Babinet à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) au début des années 1840. L'irlandais John Tyndall (John Tyndall (2 août 1820-4 décembre 1893) est un scientifique et alpiniste irlandais.) répéta l'expérience devant la Société Royale Britannique en 1854. À l´époque, l'idée de courber la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) de la lumière, de quelque façon que ce soit, était révolutionnaire puisque les scientifiques considéraient que la lumière voyageait uniquement en ligne droite. Leur démonstration consistait à guider la lumière dans un jet d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) déversé d'un trou à la base d'un réservoir. En injectant de la lumière dans ce jet, celle-ci suivait bien la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est...) du jet d'eau, démontrant ainsi qu'elle pouvait être déviée de sa trajectoire rectiligne. Ils purent de cette manière démontrer le principe qui est à la base de la fibre optique. Par la suite, de nombreuses inventions utilisant le principe de la réflexion totale (En optique géométrique, un rayon lumineux traversant une séparation entre deux milieux d'indices...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) virent le jour ; comme les fontaines lumineuses ou des dispositifs permettant de transporter la lumière dans des cavités du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.).

On doit la première tentative de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) optique à Alexander Graham Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935....), connu pour l'invention du téléphone. En effet, il mit au point, au cours des années 1880, le photophone (Mot forgé selon le même principe que sémaphone, le photophone (contraction d'appareil-photo et...). Cet appareil permettait de transmettre la lumière sur une distance de 200 mètres. La voix, amplifiée par un microphone (Un microphone (ou plus simplement micro par apocope) est un dispositif de conversion des ondes...), faisait vibrer un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) qui réfléchissait la lumière du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Quelque 200 mètres plus loin, un second miroir captait cette lumière pour activer un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...) de sélénium (Le sélénium est un élément chimique, de la famille des chalcogènes, de...) et reproduire le son voulu. Le récepteur de cet appareil était presque identique à celui du premier téléphone. Bien qu'opérationnelle en terrain découvert, cette méthode s'avéra peu utilisée. La pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...), la neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et...) et les obstacles qui empêchaient la transmission du signal condamnèrent cette invention, bien qu'il considérait lui-même que le photophone était sa plus grande invention, puisqu'elle permettait une communication sans fil.

L'avènement

Fibre optique pour réseaux métropolitains

La possibilité de transporter de la lumière le long de fines fibres de verre fut exploitée au cours de la première moitié du XXe siècle. En 1927, Baird et Hansell tentèrent de mettre au point un dispositif d'images de télévision à l'aide de fibres. Hansell put faire breveter son invention, mais elle ne fut jamais vraiment utilisée. Quelques années plus tard, en 1930, Heinrich Lamm réussit à transmettre l'image d'un filament de lampe électrique grâce à un assemblage rudimentaire de fibres de quartz. Cependant, il était encore difficile à cette époque de concevoir que ces fibres de verre puissent trouver une application.

La première application fructueuse de la fibre optique eut lieu au début des années 1950, lorsque le fibroscope flexible fut inventé par van Heel et Hopkins. Cet appareil permettait la transmission d'une image le long de fibres en verre. Il fut particulièrement utilisé en endoscopie (L'endoscopie est une méthode d'exploration et d'imagerie médicale ou industrielle qui...), pour observer l'intérieur du corps humain, et pour inspecter des soudures dans des réacteurs d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...). Malheureusement, la transmission ne pouvait pas être faite sur une grande distance étant donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) la piètre qualité des fibres utilisées. En 1957, le fibroscope (endoscope flexible médical) est inventé par Basil Hirschowitz aux États-Unis.

Les télécommunications par fibre optique restèrent impossibles jusqu'à l'invention du laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) en 1960. Le laser offrit en effet la possibilité de transmettre un signal sans pertes sur une grande distance. Dans sa publication de 1964, Charles Kao (Charles K. Kao (chinois traditionnel : 高錕; Kao Kuen, né le...), des Standard Telecommunications Laboratories, décrivit un système de communication à longue distance et à faible perte en mettant à profit l'utilisation conjointe du laser et de la fibre optique. Peu après, soit en 1966, il démontra expérimentalement, avec la collaboration de Georges Hockman, qu'il était possible de transporter de l'information sur une grande distance sous forme de lumière grâce à la fibre optique. Cette expérience est souvent considérée comme la première transmission de données par fibre optique.

Cependant, les pertes dans cette fibre optique étaient telles que le signal disparaissait au bout de quelques centimètres, non par perte de lumière, mais parce que les différents chemins de réflexion du signal contre les parois finissaient par en faire perdre la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...). Cela la rendait encore peu avantageuse par rapport au fil de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) traditionnel. Les pertes de phase entrainées par l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'une fibre de verre homogène constituaient le principal obstacle à l'utilisation courante de la fibre optique.

En 1970, trois scientifiques de la compagnie Corning Glass Works de New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de...), Robert Maurer, Peter Schultz et Donald Keck, produisirent la première fibre optique avec des pertes de phase suffisamment faibles pour être utilisée dans les réseaux de télécommunications (20 décibels par kilomètre ; aujourd'hui la fibre conventionnelle affiche des pertes de moins de 0,25 décibel (Le décibel (dB) est un sous-multiple du bel, correspondant à 1 dixième de bel....) par kilomètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) pour la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) 1 550 nm. utilisée dans les télécommunications). Leur fibre optique était en mesure de transporter 65 000 fois plus d'informations qu'un simple câble de cuivre, ce qui correspondait au rapport des longueurs d'onde utilisées.

Le premier système de communication téléphonique optique fut installé au centre-ville (Le centre-ville est le cœur de la ville. Il est également appelé hypercentre dans...) de Chicago (Chicago est une mégapole des États-Unis, située dans la partie nord du Middle West, à...) en 1977. En France, la DGT a installé la première liaison optique à Paris entre les centraux téléphoniques des Tuileries (Les Tuileries étaient naguère un quartier de Paris, situé entre le palais du Louvre,...) et Philippe-Auguste. On estime qu'aujourd'hui plus de 80 % des communications à longue distance sont transportées le long de plus de 25 millions de kilomètres de câbles à fibres optiques partout dans le monde (Le mot monde peut désigner :).

La fibre optique s'est, dans une première phase (1984 à 2000), limitée à l'interconnexion des centraux téléphoniques, eux-seuls nécessitant de forts débits. Cependant, avec la baisse des coûts entrainée par sa fabrication en masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) et les besoins croissants des particuliers en très haut débit (Le terme de très haut débit (ou THD) fait référence à des capacités...), on envisage depuis 2005 son arrivée même chez les particuliers : FTTH (FTTH est l'abréviation du terme anglais Fiber To The Home, signifiant littéralement en français...) ((en)Fiber To The Home), FTTB ((en)Fiber To The Building), FTTC ((en)Fiber To The Curb), etc.

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