Multiplexage Multimode de la Lumière pour les Télécommunications Optiques Fibrées – MOLOTOF

L'omniprésence des objets connectés et les nouvelles habitudes de consommation de services dématérialisés entraînent un besoin toujours croissant en matière de débit. Aujourd'hui, la quasi-totalité des transmissions longues distances et une portion croissante des systèmes d'acheminement des données vers l'utilisateur reposent sur la fibre optique. Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont tiré avantage des divers degrés de liberté offerts par la fibre (temps, longueur d'onde, amplitude, phase et polarisation du champ optique) afin d'augmenter les débits. Néanmoins, ces systèmes s'approchent désormais de leur limite théorique alors que la demande en débit est en constante augmentation, de 30 à 40% par an.

Un degré de liberté encore inexploité concerne la dimension d'espace. Les fibres déployées aujourd'hui pour les communications longues distances sont dites simple mode : la lumière ne peut emprunter qu'un seul et unique chemin dans la fibre. Il existe cependant des fibres multimodes dans lesquelles la lumière peut suivre différentes trajectoires. Par analogie avec les systèmes MIMO (multiples entrées, multiples sorties) utilisés pour les communications sans-fil, il est théoriquement possible d'envoyer des informations indépendantes sur différents chemins afin d'augmenter les débits.

Le but du projet est de développer des techniques, des protocoles et des outils originaux qui exploitent la diversité spatiale des fibres multimodes dans le but de répondre aux besoins en matière de débit pour les prochaines décennies. Dans ce domaine très actif de recherche, la plupart des alternatives sont soit focalisées sur le multiplexage, qui permet d'injecter la lumière dans des cannaux indépendants, soit sur la reconstruction numérique du signal, afin de compenser les effets des perturbations et de diaphonie. En considérant les systèmes optiques multimodes comme un tout, nous comptons nous affranchir des limitations de ces deux approches. À cette fin, nous devons inventer de nouveaux outils de modulation et de multiplexage, créer des nouveaux modèles de simulation et développer des nouveaux protocoles de MIMO optique.

Dans une première partie, nous allons fabriquer un système capable de façonner la lumière pour générer les profils des modes de fibres multimodes avec précision et rapidité. Un tel système sera un outil puissant pour étudier la propagation dans les fibres multimodes.

La seconde tâche consistera à utiliser les techniques de façonnage du front d'onde pour créer un modèle numérique complet. Celui-ci permettra de simuler les lignes de communication utilisant les fibres multimodes. Ce modèle reposera sur la mesure de matrices de transmission. Il prendra en compte les défauts, imperfections et fluctuations qui existent dans les systèmes réels. En décomposant un système en éléments dont nous connaissons les matrices de transmission, nous pouvons estimer avec précision son comportement. Cet outil permettra de tester rapidement les performances des protocoles MIMO dans différentes conditions.

Les techniques de MIMO optique basées sur une reconstruction numérique du signal sont actuellement limitées à un faible nombre de modes. En étudiant les propriétés des matrices de transmission, nous comptons révolutionner les techniques de MIMO optique grace au contrôle du front d'onde. Nous voulons identifier les jeux de modes qui maximisent les taux de transfert et minimisent la diaphonie. De plus, les techniques de façonnage du front d'onde permettront d'adapter les systèmes aux variations temporelles de l'environnement.

L'application de ces approches nécessite des multiplexeurs stables et peu encombrants qui peuvent être modulés en temps réel. Nous proposons dans une dernière partie de développer un nouveau type de modulateurs et de multiplexeurs fibrés. En changeant localement les propriétés de la fibre avec différents actuateurs, nous influencerons la propagation de la lumière afin de générer n'importe quel profil désiré.