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May 31, 2023

L'invention qui a permis à la fibre optique de s'étendre dans le monde entier

De nombreuses grandes histoires de l’année 1985 ont eu leur moment au soleil et sont maintenant presque oubliées : New Coke, « We Are the World », l’essor de la publication assistée par ordinateur. Mais une invention alors obscure

De nombreuses grandes histoires de l’année 1985 ont eu leur moment au soleil et sont maintenant presque oubliées : New Coke, « We Are the World », l’essor de la publication assistée par ordinateur. Mais une invention alors obscure datant de cette année-là a depuis longtemps éclipsé les gros titres de l’époque, car elle constitue une partie importante de l’infrastructure de communication qui assure la cohésion de l’Internet moderne. En 1985, Robert Mears, alors étudiant diplômé, a décrit pour la première fois l'amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA), un dispositif qui utilise l'énergie d'un laser pour amplifier les signaux traversant une fibre optique chimiquement modifiée. L'EDFA permet aux signaux optiques de couvrir des distances transcontinentales sans avoir besoin d'être décodés en bits électroniques. Il permet également aux opérateurs de télécommunications de regrouper des térabits par seconde de signaux dans des fibres optiques sous-marines individuelles. Sans cela, les télécommunications longue distance seraient limitées et coûteuses. Mears a annoncé cet exploit dans un article publié en 1985 dans l'Electronics Lettersjournal de l'IEEE. (Aujourd'hui, Mears est directeur technique et fondateur de la société d'amélioration des performances du silicium Atomera.) Dans un échange avec IEEE Spectrum, Mears a discuté de l'impact de son article de 1985 et de la manière dont il a conduit à ses travaux actuels, une méthode de modification chimique de la croissance des cristaux de silicium pour améliorer la fonction et la fiabilité du transistor.

IEEE Spectrum : De quoi parle cet article et pourquoi pensez-vous qu'il a eu une telle influence ?

Robert Mears : L'article décrit la première démonstration du gain optique dans un amplificateur à fibre optique dopé à l'erbium. Dans cet article, j'ai démontré qu'une amplification optique de 30 décibels était possible à la nouvelle longueur d'onde des télécommunications de 1,5 micromètres avec une puissance de pompe laser d'entrée pratique de l'ordre de quelques milliwatts. Aujourd'hui, l'amplificateur est simplement connu sous le nom d'amplificateur à fibre dopée à l'erbium, ou EDFA.

"L'[amplificateur à fibre dopé à l'erbium] a transformé la transmission par fibre optique, permettant ainsi l'Internet haut débit."—Robert Mears, directeur technique d'Atomera

Avant l’invention et la démonstration de l’EDFA, les câbles de télécommunications transatlantiques fonctionnaient à 140 mégabits par seconde et nécessitaient des répéteurs électroniques sous-marins – des systèmes qui convertissaient les signaux optiques en signaux électroniques et inversement – ​​tous les quelques dizaines de kilomètres. En gardant le signal optique, plusieurs porteuses de longueur d'onde peuvent être amplifiées simultanément, augmentant ainsi la bande passante de plus de trois ordres de grandeur. De plus, les signaux restent optiques sur des distances intercontinentales de plusieurs milliers de kilomètres.

Robert Mears était étudiant diplômé lorsqu'il a publié l'article qui allait devenir une norme mondiale en matière de communications fédérées sur Internet.

L'EDFA était la clé de l'Internet optique et permettait une amplification optique pratique pour les réseaux de distribution optique à plus courte distance et les commutateurs de longueur d'onde.

Pouvez-vous décrire les problèmes importants dans le domaine au moment où vous avez rédigé cet article, et ce qui vous a amené à vous concentrer sur cette recherche spécifique ?

Mears : À l’époque, l’industrie des communications optiques dans son ensemble s’efforçait d’augmenter la distance à laquelle un signal optique pouvait être transmis avant de nécessiter un répéteur électronique. En passant à la transmission infrarouge lointain (l'atténuation de fond due aux fluctuations de densité est bien moindre aux longueurs d'onde plus longues) et en utilisant des techniques de communication cohérentes sophistiquées, on espérait étendre l'espacement des répéteurs à environ 200 kilomètres, permettant aux répéteurs d'être basés à terre sur des îles plutôt que sur des îles. que sous-marin.

Une telle transmission aurait néanmoins été soumise à la limitation des répéteurs électroniques, probablement de quelques gigahertz tout au plus.

En revanche, aujourd’hui, grâce à l’EDFA, le signal reste optique sur de vastes distances intercontinentales de plusieurs milliers de kilomètres, et une seule fibre amplifiée a une bande passante supérieure à 1 térahertz.

Aviez-vous une idée à l’époque de l’impact que ces travaux auraient sur votre communauté ? Comment a-t-il été reçu initialement ?