Plus de 99% de nos données Internet sont transportées par des fibres optiques, mais avec l'augmentation de nos demandes de données, nous poussons nos réseaux de fibre existants à leurs limites. Une façon d'augmenter la capacité des fibres est de transmettre des signaux avec une puissance plus élevée, mais cela est généralement évité car les transmissions peuvent être déformées. Pour vous aider, des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven ont développé un nouvel outil mathématique pour mieux explorer comment la lumière se propage à travers les fibres optiques dans cette haute puissance, ou non linéaire, régime. Ce nouvel outil pourrait aider à la conception de la prochaine génération de réseaux de fibre optique de transmission de données. Les résultats sont publiés dans Communication Nature .

Aujourd'hui, de grandes quantités de données sont transmises via des fibres optiques telles que la fibre optique monomode (SSMF). Généralement, les signaux de données sont transportés à faible puissance, ou linéaire, régime. Ce type de propagation de la lumière à travers les fibres peut être assez bien modélisé en utilisant l'équation d'onde de Schrödinger, un élément clé de la physique quantique. Mais lorsque l'intensité du signal est augmentée pour transmettre des signaux sur de plus grandes distances, les effets non linéaires deviennent un problème. Les outils mathématiques existants ne peuvent pas fournir de solutions fiables pour la transmission du signal, les chercheurs ont donc actuellement une mauvaise compréhension de ce qui arrive à la lumière dans le régime non linéaire.

"Lorsque la lumière se déplace à travers des fibres optiques telles que les SSMF dans le régime non linéaire, nous devons lutter contre les effets non linéaires et de dispersion", dit Vinícius Oliari de l'Université de technologie d'Eindhoven. La lumière à haute intensité peut changer l'indice de réfraction de la fibre, qui est responsable de l'effet non linéaire connu sous le nom d'automodulation de phase, tandis que la dispersion est l'étalement de la lumière dans le temps lorsqu'elle se déplace à travers une fibre, ce qui peut être un problème sérieux sur de grandes distances. Les effets non linéaires peuvent également augmenter la bande passante du signal, ce qui pourrait augmenter les coûts de nombreux systèmes de fibre.

Guider les futurs designers

Oliari et Alex Alvarado du Département de génie électrique, avec Erik Agrell à l'Université de technologie Chalmers de Göteborg, Suède, ont développé un nouveau modèle mathématique qui peut décrire avec précision la propagation des signaux lumineux dans les fibres soumises à des effets non linéaires. « À l'avenir, nous aurons besoin de faibles coûts, récepteurs fiables capables de traiter de grandes quantités de données transmises en régime non linéaire. Notre modèle peut aider les ingénieurs à concevoir des appareils qui fonctionnent le mieux dans ce régime", dit Oliari.

Leur modèle applique la théorie des perturbations régulières, qui peut être utilisé pour résoudre des équations compliquées en commençant par la solution d'une équation similaire. Pour tester la précision du modèle, les chercheurs se sont concentrés sur des longueurs de fibre allant jusqu'à 80 kilomètres. "Une longueur de fibre optique comprise entre 20 et 40 kilomètres peut être trouvée dans les réseaux optiques passifs qui fournissent des signaux à large bande aux foyers, tandis que 80 kilomètres est la distance typique entre les amplificateurs utilisés dans la transmission longue distance", ajoute Oliari.

Étape majeure

Les chercheurs ont comparé leur modèle avec trois autres modèles utilisés pour simuler la propagation de la lumière dans les fibres optiques et ont découvert que leur modèle capturait plus précisément les effets hautement non linéaires et faiblement dispersifs sur les signaux.

Alors que l'application du modèle est limitée aux cas avec une faible dispersion et des longueurs de fibre inférieures à 80 kilomètres, le modèle peut avoir des implications de grande envergure pour les réseaux de fibre. Les auteurs soulignent également que ce modèle peut être appliqué à d'autres systèmes où l'équation de Schrödinger non linéaire peut être utilisée. "Avant de pouvoir commencer à profiter du régime non linéaire, nous devons approfondir notre compréhension. Ce modèle est un grand pas dans cette direction", selon Oliari.