COMPARAISON ENTRE VSAT ET FIBRE OPTIQUE
FIBRE OPTIQUE
Fibre optique
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 d'informations nettement supérieur à celui des câbles
coaxiaux et supporte un réseau « large bande » par lequel peuvent
transiter aussi bien la télévision,
le téléphone, la visioconférence
ou les données informatiques.
Le principe
de la fibre optique 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 optique peut être utilisée pour conduire de
la lumière
entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers,
de kilomètres. Le signal lumineux codé par une variation d'intensité est
capable de transmettre une grande quantité 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 de la révolution des télécommunications optiques. Ses propriétés sont
également exploitées dans le domaine des capteurs (température,
pression,
etc.), dans l'imagerie
et dans l'éclairage.
Un nouveau
type de fibres optiques, fibres à cristaux photoniques, a également été
mis au point 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 optique ou bien encore dans la
génération de supercontinuums utilisables par exemple dans le
diagnostic médical.
Dans les réseaux informatiques du type Ethernet, pour
la relier à d'autres équipements, on peut utiliser un émetteur-récepteur.
Historique
Les précurseurs [
À l'époque
des Grecs anciens, le phénomène du transport de la
lumière dans des cylindres de verre 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
optique. L'utilisation du verre en conjonction avec la lumière n'est donc pas
récente.
La première démonstration
scientifique du principe de la réflexion totale interne fut faite par le physicien irlandais
John
Tyndall devant la Société Royale Britannique en 1854. À l´époque,
l'idée de courber la trajectoire de la lumière, de quelque façon que ce soit,
était révolutionnaire puisque les scientifiques considéraient que la lumière
voyageait uniquement en ligne droite. Sa démonstration consistait à guider la
lumière dans un jet d'eau déversé d'un trou à la base d'un réservoir. En
injectant de la lumière dans ce jet, celle-ci suivait bien la courbure du jet
d'eau, démontrant ainsi qu'elle pouvait être déviée de sa trajectoire
rectiligne. Il put 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 interne virent le jour ; comme les fontaines lumineuses ou des dispositifs
permettant de transporter la lumière dans des cavités du corps humain.
On doit la
première tentative de communication optique à Alexander Graham Bell, connu pour l'invention
du téléphone.
En effet, il mit au point, au cours des années
1880, le photophone. Cet appareil permettait de
transmettre la lumière sur une distance de 200 mètres. La voix, amplifiée par un microphone,
faisait vibrer un miroir
qui réfléchissait la lumière du soleil. Quelque 200 mètres plus loin, un second
miroir captait cette lumière pour activer un cristal de sélénium
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 neige 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,
pour observer l'intérieur du corps humain, et pour inspecter des soudures dans des
réacteurs d'avion.
Malheureusement, la transmission ne pouvait pas être faite sur une grande
distance étant donnée 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 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,
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. Cela la rendait encore peu avantageuse par
rapport au fil de cuivre
traditionnel. Les pertes de phase entrainées par l'usage 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,
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 par
kilomètre pour la longueur d'onde 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 de Chicago en 1977. En France, la DGT a installé la
première liaison optique à Paris entre les centraux téléphoniques des Tuileries
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.
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 et les besoins croissants des particuliers en très haut débit, on
envisage depuis 2005
son arrivée même chez les particuliers[1] :
FTTH ((en)Fiber To The Home), FTTB ((en)Fiber To The Building), FTTC ((en)Fiber To The Curb), etc.
Principe de fonctionnement [modifier]
Principe
d'une fibre optique
La fibre
optique est un guide d'onde qui exploite les propriétés réfractrices
de la lumière. Elle est habituellement constituée d'un cœur entouré d'une
gaine. Le cœur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé
(différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner la
lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface
entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L’ensemble est
généralement recouvert d’une gaine plastique de protection.
Lorsqu'un
rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un
angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se
propage alors jusqu'à l'autre extrémité de la fibre optique sans perte, en
empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre
peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée.
Une fibre
optique est souvent décrite selon deux paramètres :
- la différence d'indice normalisé, qui donne une mesure du
saut d'indice entre le cœur et la gaine :
,
où nc est l'indice de réfraction du cœur, et ng
celui de la gaine. - l'ouverture numérique de la fibre ((en) numerical aperture),
qui est concrètement le sinus de l'angle d'entrée maximal de la lumière
dans la fibre pour que la lumière puisse être guidée sans perte, mesuré
par rapport à l'axe de la fibre. L'ouverture numérique est égale à
.
Principe
d'une fibre optique à saut d'indice
Il existe
plusieurs types de fibre optique. Dans la fibre à saut d'indice, l'indice de
réfraction change brutalement entre le cœur et la gaine. Dans la fibre à gradient
d'indice, ce changement d'indice est beaucoup plus progressif. Dans les fibres à cristaux photoniques, l'écart d'indice
entre les différents matériaux (en général la silice et l'air)
est beaucoup plus important. Dans ces conditions, les propriétés physiques du
guidage diffèrent sensiblement des fibres à saut d'indice et à gradient
d'indice.
Dans le domaine des télécommunications optiques, le matériau privilégié est la silice très pure car elle présente des pertes optiques très faibles. Quand l'atténuation