Des chercheurs ont développé un nouveau type de fibres optiques à noyau creux offrant une vitesse de transmission presque deux fois supérieure et affichant la plus faible perte optique jamais enregistrée. Plutôt que de transporter les photons à travers du verre de silice, la technologie les véhicule au moyen d’un noyau d’air, réduisant ainsi de façon notable le besoin d’amplifier les signaux et permettant de transmettre beaucoup plus de données sur de plus grandes distances. Cette avancée pourrait jouer un rôle clé dans le développement des technologies de télécommunication de nouvelle génération.
La communication longue distance constitue depuis des siècles un champ de recherche dont les progrès ont profondément transformé la société. Dans les années 1850, la transmission du premier message codé en Morse à travers l’Atlantique, via un câble télégraphique sous-marin, a marqué une rupture décisive en abolissant en partie les contraintes géographiques.
Environ un siècle plus tard, le passage des câbles coaxiaux destinés à la communication radio vers la fibre optique a ouvert un nouveau chapitre. Cette innovation a permis de transmettre des informations sur des milliers de kilomètres, réduisant encore les distances entre continents. Aujourd’hui, les fibres optiques en verre de silice massif forment l’épine dorsale des réseaux mondiaux de télécommunication.
Cependant, malgré des décennies d’optimisation, les fibres optiques présentent toujours certaines limites en matière de performances, notamment liées à l’atténuation du signal. Ainsi, après une vingtaine de kilomètres, une partie substantielle du signal lumineux est affaiblie. Pour compenser cette perte naturelle, des amplificateurs sont utilisés dans les transmissions longue distance, comme les liaisons intercontinentales ou sous-marines.
En outre, les techniques actuelles de réduction de l’atténuation ne sont efficaces que sur une plage restreinte de longueurs d’onde, ce qui limite la quantité de données pouvant être transmises. Certains chercheurs ont proposé d’utiliser des verres plus transparents que la silice afin de réduire ces pertes. Mais, malgré des décennies d’efforts, l’identification d’un verre semi-conducteur surpassant la silice n’a pas encore abouti.
Fibres en verre creux : l’avenir de la communication optique ?
Des chercheurs ont suggéré qu’au lieu de développer des verres plus transparents, la conception de fibres en verre creux permettrait d’obtenir un gain de performance notable. Les premières expérimentations ont effectivement révélé des résultats prometteurs, avec des pertes de signal de l’ordre de 0,5 dB/km, même si la mention de fréquences en gigahertz prête à confusion, la perte étant généralement exprimée en fonction de la longueur d’onde. Ces recherches ont toutefois été délaissées au milieu des années 1970, pour des raisons à la fois économiques et techniques.
Elles n’ont véritablement repris qu’à partir des années 1990, avec un accent mis sur la réduction des pertes aux longueurs d’onde visibles et proche infrarouge, grâce à des fibres creuses plus flexibles. Les avancées récentes ont permis d’atteindre des pertes inférieures à 0,14 dB/km.
Dans une étude récemment publiée dans la revue Nature Photonics, une équipe de Microsoft Azure Fiber et de l’Université de Southampton annonce avoir conçu une fibre à noyau d’air surpassant les fibres conventionnelles tant en matière d’atténuation que de bande passante. « Au cours des quatre dernières décennies, malgré des recherches approfondies, l’atténuation et la bande passante spectrale des fibres optiques à base de silice sont restées relativement inchangées. Nous présentons ici un guide d’onde optique microstructuré offrant une bande passante de transmission et une atténuation sans précédent », expliquent les auteurs.
Une perte de signal de 0,091 dB/km contre 0,14 dB/km pour les fibres classiques
La nouvelle fibre est constituée d’un noyau d’air, entouré d’anneaux de silice très fins intégrant des microstructures optimisées pour guider les signaux lumineux. « Au lieu d’un cœur en verre massif traditionnel, cette fibre innovante est dotée d’un cœur d’air, entouré d’une microstructure en verre méticuleusement conçue pour canaliser la lumière », souligne l’équipe. Cette conception permet de limiter non seulement l’affaiblissement du signal et d’autres phénomènes de dégradation, mais aussi d’accroître la vitesse de transmission.
Les essais ont montré une perte de seulement 0,091 dB/km à une longueur d’onde de 1 550 nm. Cette atténuation restait inférieure à 0,2 dB/km à une fréquence de 66 THz. À titre de comparaison, les meilleures fibres de silice pleines affichent une perte de signal de 0,14 dB/km. Dans les faits, les signaux lumineux de certaines longueurs d’onde peuvent parcourir environ 50 % de distance supplémentaire avant d’exiger une amplification. La vitesse de transmission a, quant à elle, augmenté de 45 % par rapport aux fibres classiques.
De plus, « elle permet théoriquement de réduire encore les pertes et de fonctionner à des longueurs d’onde compatibles avec des amplificateurs à bande passante plus large, ouvrant potentiellement une nouvelle ère pour les communications longue distance et la transmission de faisceaux laser sur de grandes distances », avancent les chercheurs.
Les pertes pourraient être diminuées davantage en élargissant le noyau d’air. Néanmoins, des recherches supplémentaires seront nécessaires pour explorer pleinement les limites, l’efficacité réelle de l’approche ainsi que ses pistes d’amélioration.