Voyage au coeur des fibres : la lumière courbe

Par Ronan • 3 sept, 2007 • Catégorie: Fibre optique

La distance qu’une information peut parcourir dans le sein d’une fibre optique n’est pas illimitée : c’est ce qu’évoquait un précédent billet présentant la fibre optique. Voici le premier d’une série de billets qui développeront en détail les facteurs limitants, les tueurs de bande passante, ceux qui bloquent, déforment ou atténuent le signal de lumière. En premiers sur la liste : la courbure et l’énigmatique « dispersion nodale ».

La courbure

Les photons lumineux, particules élémentaires de « lumière », se déplacent dans le vide en ligne droite, sauf variation importante du champ de gravité, comme à proximité d’un trou noir. Possédant une charge électrique nulle, les photons ne sont pas affectés par les champs électromagnétiques. Comme il n’est pas question… ni possible… d’installer un système de mini trous noirs pour courber la lumière afin de la faire passer d’un endroit à un autre autrement qu’en ligne droite, il faut utiliser un système de miroirs. La structure même de la fibre optique, un coeur extrêmement transparent recouvert d’une gaine moins transparente, permet la réflexion totale de certaines longueurs d’onde lumineuse.

Le problème

Parce que la lumière sortant du laser n’est pas parfaite, donc totalement cohérente et monochrome, tous les photons émis par le laser ne vont pas tous suivre exactement le même chemin et rebondir exactement au même endroit dans ce labyrinthe de miroirs que représente la fibre. Et parce que même un coeur de fibre est épais au regard d’un photon de lumière, ce dernier aura forcément de l’espace pour « rebondir ». Même dans le cas idéal d’un laser « parfait », diffusant de la lumière de manière complètement cohérente et monochrome et parfaitement solidaire de l’extrémité de la fibre, il suffit d’une légère torsion ou pression en un point de la fibre pour que, ponctuellement, le chemin de la lumière ne soit plus exactement le même. Evidemment, une fibre optique est souvent soumise à de tels évènements hors des laboratoires, ne serait-ce que du fait de micro-chocs sismiques…

Le résultat

Il faut donc composer avec la réalité : Comme tous les photons lumineux ne pourront pas suivre la même trajectoire, certains arriveront plus vite que d’autres, selon le vieil adage « La ligne droite est le plus court chemin d’un point à un autre »… C’est ce qu’on appelle le phénomène de dispersion nodale. Par conséquent, si l’absence ou la présence des photons au bout de la fibre est porteuse d’une information numérique, il faut laisser le temps d’arriver aux éventuels photons « retardataires » pour éviter que le message ne soit brouillé avant d’envoyer un autre « message », absence ou présence de photon, dans la fibre. Sinon, il pourrait bien arriver des inversions. Soit P pour « Photon » et R pour « Rien » : si un message est « P, P, R », c’est bien différent de « P, R, P » qui pourrait arriver au destinataire si le dernier photon a pris du « retard »… Le message à envoyer devra donc être : « P,latence,P,latence,R ». Et, dans ce cas, notre photon retardataire ne changera pas le message car il arrivera à destination lors du second temps de latence.

Bien entendu, tous ces temps de latence réduisent la bande passante…

Source : Site de Telcité, Opérateur de réseau optique de la RATP

Source : Page personnelle de Christian Caleca, bien documentée

Source : De beaux schémas expliquant le phénomène de dispersion nodale