Pourquoi les longueurs d’onde de
850nm
,
1310nm
et
1550nm
sont appelées les trois fenêtres ?
Dans le domaine des communications par fibre optique et de l’ingénierie optique, les « fenêtres » (Transmission Windows) désignent les plages de longueurs d’onde spécifiques où l’atténuation (la perte) du signal lumineux est extrêmement faible dans une fibre optique de silice (principalement \text{SiO}_2) , ce qui la rend très adaptée à la transmission de signaux sur de longues distances.
La raison pour laquelle les 850\ \text{nm}, 1310\ \text{nm} et 1550\ \text{nm} sont appelées les « trois fenêtres classiques » est déterminée conjointement par les propriétés physiques du matériau de verre de silice lui-même (telles que la diffusion Rayleigh, l’absorption infrarouge, l’absorption des impuretés) et par le niveau de développement des dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs (sources lumineuses et détecteurs) à différentes époques historiques. Voici leurs causes physiques et leurs caractéristiques :
1. Première fenêtre : 850\ \text{nm} (Fenêtre courte longueur d’onde)
- Historique et contexte physique : Il s’agit de la première fenêtre développée et utilisée au début des années 1970. Aux débuts des communications par fibre optique, la technologie des lasers à semi-conducteurs (comme l’arséniure de gallium AlGaAs) et des photodétecteurs au silicium ( \text{Si} ) dans la bande des 850\ \text{nm} était la plus mature, avec une complexité et un coût de fabrication plus faibles.
- Caractéristiques de perte : Dans les fibres de silice, en raison de la diffusion Rayleigh (dont le coefficient d’atténuation est inversement proportionnel à la quatrième puissance de la longueur d’onde, soit \alpha \propto \lambda^{-4} ) qui est très prononcée aux courtes longueurs d’onde, l’atténuation typique dans cette fenêtre est plus importante, allant de 1,5\ \text{dB/km} à 3,0\ \text{dB/km}.
- État actuel des applications : En raison de sa perte élevée, cette fenêtre n’est plus utilisée pour les communications longue distance sur le réseau principal. Elle est principalement associée aux fibres optiques multimodes (MM) et est largement utilisée dans les réseaux locaux (LAN) de courte distance, l’interconnexion à l’intérieur des centres de données et les capteurs à fibre optique multimode.
2. Deuxième fenêtre : 1310\ \text{nm} (Fenêtre à dispersion nulle)
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Caractéristiques physiques et matérielles : Avec le développement des procédés de purification des fibres optiques, les chercheurs ont réussi à éliminer les impuretés telles que les ions hydroxyles ( \text{OH}^- ) du matériau de la fibre. Autour de 1310\ \text{nm}, l’atténuation des fibres de silice diminue considérablement, avec une valeur typique d’environ 0,3\ \text{dB/km} à 0,4\ \text{dB/km}.
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Caractéristique de dispersion nulle : Plus important encore, les fibres optiques monomodes conventionnelles (comme la fibre couramment utilisée G.652D) présentent la caractéristique physique de dispersion nulle (Zero Dispersion) autour de 1310\ \text{nm}. Cela signifie que les impulsions lumineuses transmises à cette longueur d’onde ne subissent pratiquement aucune extension ni déformation de largeur d’impulsion, ce qui la rend très adaptée à la transmission de signaux à haut débit et sur moyenne à longue distance.
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Produits officiels associés :
La Fibre Optique G.652D OFSCN® fournie par Dacheng YongSheng est une fibre de haute qualité pour de telles applications monomodes standard, répondant parfaitement aux besoins de transmission à haut débit et à faible dispersion de la fenêtre 1310\ \text{nm}.
3. Troisième fenêtre : 1550\ \text{nm} (Fenêtre à plus faible perte / Fenêtre dorée)
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Limite physique et matérielle : La fenêtre 1550\ \text{nm} est la fenêtre théorique à plus faible perte pour les fibres de silice, avec un coefficient d’atténuation d’environ 0,15\ \text{dB/km} à 0,22\ \text{dB/km} seulement. Cette perte extrêmement faible est le résultat d’une zone limite physique où la diminution progressive de la diffusion Rayleigh (qui diminue avec l’augmentation de la longueur d’onde) se croise et se superpose à l’absorption infrarouge intrinsèque du verre de silice (qui augmente rapidement avec l’augmentation de la longueur d’onde).
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Pierre angulaire des EDFA et WDM : Outre sa très faible atténuation, la bande de fonctionnement de l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium (EDFA) (1530\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm}, c’est-à-dire la bande C) se situe parfaitement dans cette fenêtre. Cela permet d’amplifier directement le signal lumineux dans le domaine optique sans conversion complexe « optique-électrique-optique », jetant ainsi les bases physiques des réseaux modernes de multiplexage en longueur d’onde (WDM) et des dorsales longue distance.
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Produits officiels associés :
Dans des domaines tels que les capteurs industriels et de recherche, comme les applications à haute température pour les fibres à polarisation (PM) ou les réseaux de Bragg en fibre (FBG), la fenêtre 1550\ \text{nm} est également le courant dominant absolu.
Par exemple, la Fibre Optique PM Panda Polyimide haute température 300℃ OFSCN® de Dacheng YongSheng est une fibre PM panda haute température dont la longueur d’onde de fonctionnement est précisément conçue pour la fenêtre 1550\ \text{nm}. Elle peut résister à des environnements difficiles allant de -200^\circ\text{C} à 350^\circ\text{C}.
De plus, la longueur d’onde de réflexion des capteurs standard à réseau de Bragg en fibre (FBG) femtoseconde est également généralement définie par défaut entre 1525\ \text{nm} et 1565\ \text{nm}, précisément pour réutiliser cette troisième fenêtre à très faible atténuation.
