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LES GRANDS DOSSIERSIntroduction

50 ans aprs son invention, et suite des innovations conti-nues, le laser reste une brique essentielle, et mme rvolution-naire, dans les tlcommunica-tions et plus gnralement dans les sciences et les technologies de la communication1 2. Le laser, dispositif issu de la recherche fondamentale3 a trouv trs ra-pidement des applications pour les communications grce des pionniers gravitant dans ce domaine. Aujourdhui, il de-meure le dispositif fondamental de toute technologie des communications, quelle soit fibre ou non. Ce dos-sier intitul lasers, fibres et tlcommunications vise la fois faire un point sur lvolution des rseaux de t-lcommunications optiques et recueillir les tmoigna-ges de grands acteurs qui ont jou un rle cl dans cette volution. Quatre articles prsentent ainsi ltat actuel des tlcommunications optiques et un bilan historique de lvolution des technologies de tlcommunications optiques qui ont, grce leurs progrs incessants, per-mis les progrs des rseaux optiques. Deux acteurs de la recherche actuelle commencent par dresser un pano-rama assez exhaustif des tlcommunications optiques puis le dossier donne la parole quatre pionniers qui ont contribu un rcent atelier lasers et communica-tions 4 tenu Paris en dcembre 2010.

Larticle, rdig par Irne et Michel Joindot, Les r-seaux de tlcommunications optiques : construction,

1 Le laser et ses applications 50 aprs son invention , sous la di-rection de Pascal Besnard et Pierre-Nol Favennec, Collection tlcom, Hermes-Lavoisier, 2010

2 De lmission stimule dEinstein aux lasers daujourdhui , Jean-Pierre Pocholle, EDP Sciences, 2005

3 Les dbuts de lhistoire des lasers semiconducteurs , Maurice Bernard, Revue de lElectricit et de lElectronique, vol. 3, pp. 88-96, 2009

4 Organis Telecom Paristech en dcembre 2010 par le GDR-Ondes du CNRS, URSI-France, lABRET et le rseau europen Eurofos. Les planches prsentes lors de cet atelier laser et communication (Paris 2010) peuvent tre consultes sur les sites web des organisateurs :

http://ursi-France.institut-telecom.fr http://gdr-ondes.u-bourgogne.fr, www.abret.asso.fr

volution et perspective dcrit lvolution, jusqu maintenant, des tlcommunications opti-ques, volution quils ont vcue tout au long de leurs activits professionnelles en tant quac-teurs. Avant larrive des tlcom-munications, il existait dautres systmes de communication. Mais, petit petit, loptique a pris ses lettres de noblesse alors que le traitement de linformation

voluait fortement. On suit avec intrt lvolution des rseaux de tlcommunications optiques : rseaux ter-restres et liaisons sous-marines avec leurs spcificits. Les auteurs montrent comment les progrs techniques qui se sont poursuivis de manire incessante ont conduit une explosion en termes de capacits de transmission, de dbits dinformation aussi bien dans les rseaux na-tionaux quentre les continents, des 2,5 Gbit/s des sys-tmes monocanaux de 1995 aux 8 Tbit/s dun systme WDM transmettant 80 canaux 100 Gbit/s en 2010, la capacit dune fibre optique aura donc t multiplie par un facteur 3 200 en lespace de quinze ans ! Les r-seaux permettent ainsi de rpondre la demande lie la croissance du trafic de donnes, lui-mme associ au dveloppement de lInternet haut dbit. Mais la ques-tion de la limite de ces rseaux optiques, en termes de dbit, ne risque-t-elle pas demain de se poser ? Irne et Michel Joindot insistent sur les progrs raliss dans le monde de loptique comme dans celui du traitement du signal, progrs qui ntaient pas forcment prvisibles. La question des systmes tout optique est toujours dactua-lit, mais ils devront aussi tre moins consommateurs dnergie pour constituer des green communications qui sont une ncessit pour lavenir.

Les acteurs des dbuts des tlcommunications optiques tant France Telecom (Jean Le Mzec et Michel Trheux), qu Thomson-CSF (Erich Spitz) ou CGE-Alcatel (Jacques Ernest) nous prsentent leur dmarche scientifique et technique passant des hyper-frquences au domaine optique via les progrs consi-drables dans les technologies conjugues des lasers et des fibres de silice. Larrive des fibres optiques et

Lasers, fibres et tlcommunications

Frdrique de Fornel ICB UMR CNRS 6303

& GDR CNRS 2154 ONDES, Dijon

Pierre-Nol FavennecURSI-France, consultant,

Institut Tlcom, Paris

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des lasers a cr une vritable tornade, dans les grands laboratoires industriels ou acadmiques du monde entier, les projets de recherche se sont rsolument tourns vers ces nouveaux venus. La France a vcu pleinement ce mouvement enthousiasmant pour tous et notamment pour les jeunes chercheurs. Erich Spitz, nous rappelle quelques souvenirs scientifiques de cet-te poque exaltante aux laboratoires CSF Corbeville. Pour lui, qui avait travaill avec les ondes hyperfrquen-ces, loptique cohrente ntait quun changement de frquences Il a immdiatement pressenti les avan-tages des sources laser pour des applications qui nous ont fait rver. Aujourdhui la prsence universelle de la fibre optique dans tous les rseaux de tlcommunica-tion, allant jusque chez le client, semble aller de soi. Ce ntait pas du tout le cas au dbut des annes 70, o la fibre apparaissait encore comme une fantaisie de chercheurs .

Jacques Ernest propose un aperu de la transition rapide qui a fait passer la fibre et tout larsenal de loptique quantique de ce statut de fantaisie de cher-cheurs sans avenir prvisible, celui dun lment central pour le dveloppement des tlcommunica-tions daujourdhui et de demain. Fond sur son exp-rience vcue au sein des quipes de recherche de la CGE/Alcatel, il nous prsente les facteurs dclenchant la mutation optique dans les tlcommunications. Dans leur histoire des tlcommunications optiques, Michel Trheux et Jean Le Mzec montrent tout lapport des trois laboratoires du CNET, lun Issy-les-Moulineaux ouvrant la voie par les premires dmonstrations de faisceaux hertziens optiques la premire chane com-plte de tlcommunications optiques a t ralise ds 1966 lautre Bagneux pour les tudes et rali-sations de lasers ltat solide (dont ceux semi-con-ducteurs), le troisime Lannion centr sur ltude de lensemble des problmes ddis aux tlcommuni-cations par lasers : ralisation de systmes complets, tude et ralisation de systmes de traitement optique du signal.

Cette priode particulire fait apparatre une conci-dence extrmement rare dans lhistoire des sciences : lannonce, la mme anne, des trois composantes dun systme optique crdible : la fibre faible attnuation, le laser solide temprature ambiante et les photod-tecteurs PIN. Ce phnomne va dclencher un norme effort mondial de R&D et chacun comprendra quon assistait l une rupture fondamentale en termes tech-niques et conomiques. Les premiers dveloppements

montreront comment on passera rapidement de pro-duits de laboratoire aux premires liaisons industrielles.

Depuis ces travaux innovants, les progrs phno-mnaux des tlcommunications optiques restent lis aux avances simultanes des fibres et des lasers et notamment les communications sur fibre ont t une force motrice extraordinaire pour les lasers semi-conducteurs. Grce lvolution des fibres optiques, des lasers et des amplificateurs, les dbits ont pu aug-menter de faon tout fait notable, rpondant aux be-soins de plus en plus pressants de communications. Les travaux dAlcatel-Lucent ont montr5 que chaque nouveau record, quant aux dbits, est atteint par lin-troduction dune amlioration technologique dans les composants, les fibres, les systmes ou le traitement des signaux. Le record actuel, 112 Pbit/s.km depuis octobre 2009, est obtenu avec 155 lasers dlivrant cha-cun 100 Gbit/s sur une distance de 7 200 km. Soit lquivalent dune Europe entire tlphonant avec lAmrique entire dans une seule fibre. Des systmes 100 Gbit/s pour applications terrestres sont actuelle-ment installs, de mme des systmes 40 Gbit/s pour applications transocaniques sont actuellement vendus.

Dans les laboratoires, les travaux sur les fibres opti-ques se poursuivent, pour encore augmenter les dbits, en prenant des voies telles que lutilisation des solitons ou de fibres nanostructures ou en calquant la gestion de linformation sur les changes neuronaux. Les sour-ces laser ont, elles aussi, connu de fortes volutions. Les lasers solides semi-conducteurs et fibres asso-cis aux fibres optiques ont permis des communica-tions trs hauts dbits. Actuellement, les travaux de recherche dans le domaine des nanosciences voient apparatre de nouvelles pistes pour de nouveaux lasers. Certaines commencent faire leurs preuves alors que dautres nen sont qu leurs balbutiements. On re-tiendra par exemple les microlasers et les nanolasers construits par intgration III-V sur silicium6, les lasers organiques, les lasers plasmons, les lasers solitons de cavit, etc. La notion de green composants est ap-parue rcemment ; les travaux de recherche prennent

5 Sbastien Bigo : La course aux trs hauts dbits , workshop lasers et communications , Paris 15 dcembre 2010.

6 Voir workshop lasers et communications , Paris 15 dcembre 2010 - Lasers polymres et green lasers - Joseph Zyss (ENS Cachan) - Intgration htrogne III-V/Silicium, des micro aux nanolasers - Christian Seassal (EC Lyon) - Lasers plasmons - Jean-Paul Pelouard (LPN CNRS) - Lasers et solitons de cavit - Stphane Barland (INLN CNRS)

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prsent en compte ce paramtre essentiel pour lavenir de notre plante. Il est encore difficile de savoir si ces nouveaux lasers, tudis dans les laboratoires partir de nouveaux concepts, vont apporter de nouvelles per-formances ou de nouvelles fonctions pour les tlcom-munications optiques. Seul lavenir le dira.

Frdrique de Fornel est directeur de recherche au CNRS lICB UMR 6303 Dijon. Ses recherches portent actuellement sur loptique de champ proche et la nanophotonique. Fellow EOS, elle est directeur du GDR CNRS 21054 Ondes. Elle a travaill sur les fibres optiques entre 1977 et 1986 lXLIM Limoges et luniver-sit de Southampton. ffornel@u-bourgogne.fr

Pierre-Nol Favennec, docteur s-sciences, a t chercheur au CNET Lannion-B dans le domaine de la physique des technolo-gies pour les composants optiques et hyperfrquences, puis expert-coordinateur la direction scientifique de France Telecom R&D. Il est actuellement consultant lInstitut Tlcom, directeur de la Collection Tlcom. Il a t prsident de la Fondation Sant et Radiofrquences et de lURSI-France. Pierre-noel.favennec@institut-telecom.fr

Les rseaux de tlcommunications optiques : construction, volution et perspectivesPar Michel Joindot, Irne Joindot ............................................................................................................................................ p. 24Larrive des fibres optiques et lvolution des lasers : de la CSF Thomson-CSFPar Erich Spitz ................................................................................................................................................................................... p. 41La fibre optique, gadget pour chercheurs puis ingrdient central pour les tlcommunicationsPar Jacques Ernest .......................................................................................................................................................................... p. 45Histoire des tlcommunications optiques au Centre National dEtudes des Tlcommunications (CNET) de 1960 1980Par Jean Le Mzec, Michel Trheux ........................................................................................................................................... p. 48

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