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50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Année Mondiale de la Physique 2005 Institut Carnot de Bourgogne Année Mondiale de la Physique.

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1 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Année Mondiale de la Physique 2005 Institut Carnot de Bourgogne Année Mondiale de la Physique 2005 Des lasers et des fibres : des outils pour communiquer et pour loptique non-linéaire Christophe FINOT UFR Sciences et Techniques, jeudi 25 novembre 2010

2 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Plan Charles KAO 6 Octobre 2009

3 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Moyen de manipuler la lumière via loptique non-linéaire Laser et Fibre Moyen de communiquer vite et loin

4 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 phare d'Alexandrie signaux de fumée télégraphe chappe Communiquer avec la lumière Annoux (Yonne) Forêt de Reppe

5 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteur récepteur milieu de propagation code Les éléments des communications

6 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteur récepteur milieu de propagation code Les éléments des communications

7 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Le code Le code utilisé : le langage binaire Le message à transmettre (texte, image, son, vidéo) est décomposé en une succession de 0 et de 1. le codage informatique …

8 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Le code Le code utilisé : le langage binaire Le message à transmettre (texte, image, son, vidéo) est décomposé en une succession de 0 et de 1. 0 : absence de lumière 1 : présence de lumière, impulsion lumineuse

9 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Le code Le code utilisé : le langage binaire

10 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Lémetteur Lémetteur : une source Laser

11 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Le récepteur Le récepteur : une photodiode

12 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Le milieu de propagation Le milieu de propagation : Lair Les faisceaux lumineux se propagent en ligne droite Absorption éventuelle du faisceau Influence des conditions météorologiques

13 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 émetteurrécepteurmilieu de propagation code Le milieu de propagation Le milieu de propagation : Lair La fibre optique

14 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Gaine Cœur Principe des fibres optiques

15 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 John Tyndall (XIXe siècle) Expérience de la Fontaine lumineuse la lumière se propage par réflexion totale interne dans le jet d'eau (l'indice de l'eau est supérieur à celui de l'air) La fontaine de Tyndall

16 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre : Première publication scientifique proposant l'utilisation des fibres optiques pour guider la lumière Les premières fibres optiques 1966 : Charles KAO propose les fibres pour les transmissions optiques sur plusieurs kilomètres

17 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Faibles pertes Transmission sécurisée Débit important Les atouts de la fibre optique

18 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Année Pertes (dB/km) Longueur d'onde (nm) 1/2 de lénergie perdue après Entreprise mCorning Glass Work kmATT, Bell Labs 19760, kmNTT, Fujikura 19790, kmNTT 19860, kmSumitomo Les pertes dans les fibres optiques Les fibres optiques ont des pertes très réduites Travailler à des longueurs dondes de linfrarouge

19 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Les télécommunications nationales

20 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Début 1999 : Plus de 215 millions de kilomètres de fibre optique installés = 280 allers-retours de la Terre à la Lune. Les télécommunications longues distances

21 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Distance et débit Débit x Distance (bit.km/s) Année x 10 tous les 4 ans x 2 tous les ans

22 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Distance et débit Débit x Distance (bit.km/s) Année Augmentation de la distance Augmentation du débit x 10 tous les 4 ans

23 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Système Chappe ( ) Le premier exemple de relais optique 500 stations 10 km

24 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Amplification optique : révolution des années 1990 TL Transmetteur Laser Fibre R Récepteur Fibre Amplificateur Amp Amplificateur Amp Réamplifier à intervalles réguliers la lumière Les amplificateurs à fibre

25 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 La fibre optique est particulièrement adaptée pour lamplification optique Plusieurs mécanismes amplificateurs sont possibles : Grande longueur dinteraction Excellente dissipation thermique Amplification par fibres dopées terres-rares, erbium ou Ytterbium Effet Raman Amplification par mélange à quatre ondes Compacité et stabilité Les amplificateurs à fibre

26 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Les amplificateurs à fibre

27 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Des puissances considérables peuvent être obtenues Systèmes de très haute puissance (1000W de puissance moyenne !) à fibre pour les applications industrielles (usinage) Les lasers à fibre amplificateur à fibre + cavité fibrée = laser à fibre

28 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Des puissances considérables peuvent être obtenues Systèmes de très haute puissance (1000W de puissance moyenne !) à fibre pour les applications industrielles (usinage) Les amplificateurs à fibre

29 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Distance et débit Débit x Distance (bit.km/s) Année Augmentation de la distance Augmentation du débit x 10 tous les 4 ans

30 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Débit dune transmission Débit : nombre de bits dinformation qui sont transmises en une seconde Plus le débit est important, plus les impulsions sont brèves x 2 x 4 10 GBps 25 ps 40 GBps 6.25 ps

31 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre Pour augmenter le débit, on augmente le nombre de canaux utilisés. Le Multiplexage en Longueurs dOndes (WDM)

32 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Jusquà canaux utilisés ! Le Multiplexage en Longueurs dOndes (WDM)

33 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Pour augmenter le débit, on augmente le nombre de canaux utilisés. Le Multiplexage en Longueurs dOndes (WDM)

34 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Manipuler la lumière via loptique non-linéaire Laser et Fibre Moyen de communiquer vite et loin

35 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 La non-linéarité une note = une fréquence = une longueur donde = une couleur grâce à la non-linéarité, de nouvelles longueurs donde sont crées lors de la propagation dans la fibre Quand on augmente la puissance envoyée dans la fibre, des effets non-linéaires apparaissent.

36 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 La non-linéarité Propagation à basse intensité « linéaire » Propagation à basse intensité « non-linéaire »

37 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Sources ultrabrèves Propagation à basse intensité « non-linéaire » Longueur donde (nm) Intensité (dB)

38 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Sources ultrabrèves Longueur donde (nm) Intensité (dB) Applications aux sources à ultra-haut débit jusquà 2 THz : impulsions par seconde !

39 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Sources ultrabrèves Applications aux sources à ultra-haut débit jusquà 2 THz : impulsions par seconde ! Temps (ps)

40 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Les fibres microstructurées non-linéarité extrême agencement périodique de trous d'air : un grand contraste dindice est obtenu Les fibres de nouvelle génération

41 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Supercontinuum optique X 1000 > nm

42 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Supercontinuum optique

43 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Supercontinuum optique

44 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Supercontinuums optiques Applications à la biologie Applications à la métrologie, spectroscopie...

45 50 ans du laser Institut Carnot Bourgogne 25 Novembre 2010 Année Mondiale de la Physique 2005 Lab. Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne Année Mondiale de la Physique 2005 Des lasers et des fibres : des outils pour communiquer et pour loptique non-linéaire Christophe FINOT UFR Sciences et Techniques, jeudi 25 novembre 2010


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