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Radio & HyperRévisions · BUT GEII
Cours 3 - Communication par fibre optique

La chaîne de transmission optique

Chapitre 5Durée ≈ 25 minNiveau : BUT 3 GEIIPrérequis : cours 1 (modulations, multiplexage) ; chapitres 3 et 4
Objectifs du chapitre
  • Décrire les blocs d'une chaîne de transmission optique
  • Relier débit et durée d'un bit
  • Comparer LED et laser, photodiodes PIN et à avalanche
  • Expliquer le multiplexage en longueur d'onde (WDM) et l'amplification optique

1. De la donnée à la lumière, et retour

Votre box reçoit un fichier. Entre le serveur et vous, chaque bit a été transformé en éclair de lumière, a voyagé dans le verre, puis a été retransformé en signal électrique. Voyons les étapes.

la chaîne de transmission (cliquez sur chaque bloc)

Cliquez sur un bloc pour afficher son rôle.

Quel bloc convertit la lumière en signal électrique ?

  1. Le récepteur (photodiode)
  2. L'émetteur (laser)
  3. Le codeur

2. Coder les bits en lumière

La méthode la plus simple : lumière allumée = 1, lumière éteinte = 0. C'est la modulation tout-ou-rien (en anglais On-Off Keying, OOK), une modulation d'amplitude numérique du cours 1. Le débit fixe la durée de chaque bit :

durée d’un bit : T=1débit

À 10 Gbit/s, un bit dure T=11010=10−10 s=100 ps Le laser doit donc s'allumer et s'éteindre dix milliards de fois par seconde !

Le codeur ne se contente pas de recopier les bits. Une longue suite de 0 donnerait une longue absence de lumière, et le récepteur perdrait le rythme : il ne saurait plus compter les bits. Le codeur ajoute donc quelques bits pour garantir assez de transitions (par exemple, le codage 64b/66b ajoute 2 bits tous les 64 bits), et souvent des bits de correction d'erreurs. Le décodeur fait l'opération inverse.

Pour les très hauts débits (100 Gbit/s et plus par longueur d'onde), on utilise des modulations plus évoluées, qui jouent aussi sur la phase de la lumière : on retrouve les constellations et la QAM du cours 1.

T=1débit=125×109=4×10−11 s=40 ps

Quelle est la durée d'un bit à 25 Gbit/s (en picosecondes, 1 ps=10−12 s) ?

3. Émetteurs et récepteurs

Les émetteurs : LED ou laser

LEDDiode laser
Spectrelarge (plusieurs dizaines de nm)très étroit
Rapiditélimitéetrès élevée
Puissance injectée dans la fibrefaible (lumière émise dans toutes les directions)élevée (faisceau fin et directif)
Coûttrès faibleplus élevé
Usagemultimode, courtes distances, bas débitstous les réseaux modernes ; indispensable en monomode et sur longue distance

Deux lasers à connaître : le VCSEL, petit laser bon marché à 850 nm, roi des data centers en multimode, et le laser DFB, au spectre extrêmement fin, utilisé à 1310 et 1550 nm pour les longues distances (spectre fin = moins de dispersion chromatique, chapitre 3).

Les récepteurs : des photodiodes

Une photodiode transforme les photons reçus en courant électrique. La photodiode PIN est simple, rapide et bon marché. La photodiode à avalanche (APD) multiplie le courant à l'intérieur même du composant : elle est plus sensible (elle détecte des signaux plus faibles), au prix d'une tension de polarisation élevée et d'un coût supérieur. Derrière la photodiode, un amplificateur électronique et un circuit de décision comparent le signal à un seuil pour décider : 1 ou 0 ?

Associez chaque description au composant.

  • Émetteur au spectre très fin pour une liaison de 80 km
  • Émetteur très bon marché pour quelques dizaines de mètres en fibre plastique
  • Récepteur à gain interne, pour détecter un signal très faible
  • Récepteur simple et bon marché

4. Plusieurs couleurs dans une seule fibre, et des amplificateurs de lumière

Le multiplexage en longueur d'onde (WDM)

Au cours 1, vous avez vu le multiplexage en fréquence : plusieurs stations de radio partagent l'air en émettant chacune sur sa fréquence. Le WDM (Wavelength Division Multiplexing) fait la même chose avec la lumière : on envoie dans la même fibre des dizaines de lasers de longueurs d'onde (de « couleurs ») légèrement différentes, chacun portant son propre flux de données. Un multiplexeur les réunit à l'entrée, un démultiplexeur les sépare à l'arrivée, comme un prisme.

Dans la bande autour de 1550 nm, les canaux sont espacés de 100 GHz (environ 0,8 nm), ou même 50 GHz : on loge ainsi jusqu'à environ 88 canaux dans cette bande. La capacité totale est simplement :

capacité=nombre de longueurs d’onde×débit par longueur d’onde

remplir une fibre de couleurs

L'amplificateur optique à fibre dopée à l'erbium (EDFA)

Au chapitre 4, nous avons vu qu'il faut un répéteur tous les 50 à 100 km environ. Autrefois, un répéteur était un régénérateur : photodiode → électronique → nouveau laser. Avec le WDM, il en faudrait un par longueur d'onde : 80 couleurs, 80 régénérateurs à chaque répéteur !

L'EDFA résout le problème. C'est un morceau de fibre dont le cœur contient des ions d'erbium, « excités » par un laser de pompe. Quand la lumière à 1550 nm le traverse, elle est amplifiée directement, sans conversion électrique, et toutes les longueurs d'onde à la fois.

L'amplificateur à erbium est mis au point en 1987, notamment à l'université de Southampton (Royaume-Uni) et aux Bell Labs (États-Unis). Le premier câble transatlantique à fibres, TAT-8, avait été posé en 1988 avec des régénérateurs électroniques. Combiné au WDM (premiers systèmes WDM denses commercialisés en 1996), l'EDFA a fait exploser la capacité des câbles dans les années 1990.

Quel est l'avantage décisif de l'EDFA sur un régénérateur électronique dans un système WDM ?

  1. Il remet en forme les impulsions déformées
  2. Il amplifie toutes les longueurs d'onde à la fois, sans conversion électrique
  3. Il n'a pas besoin d'alimentation électrique
  • Chaîne : codeur → émetteur (LED ou laser) → fibre → récepteur (photodiode PIN ou APD) → décodeur.
  • Tout-ou-rien : 1 = lumière, 0 = pas de lumière ; durée d'un bit T=1débit.
  • WDM : plusieurs longueurs d'onde dans une fibre ; capacité = nombre de canaux × débit par canal.
  • EDFA : amplificateur optique à 1550 nm, toutes les longueurs d'onde à la fois, sans conversion électrique.

Avant la suite, vérifiez que vous savez :

  • EDFA et DWDM : Wikipédia (en), Fiber-optic communication (consulté le 10/10/2026) ; R. J. Mears et al., amplificateur à fibre dopée à l'erbium, 1987.