La fibre optique à semi-conducteurs pourrait remplacer les lignes de transmission par câble à fibre optique

October 2, 2018

Fibre optique
 

L’Internet est un lieu à la fois étrange et merveilleux. J’ai grandi à la fin de l’ère des connexions Internet bas débit, époque à laquelle les forums de discussion faisaient fureur. Maintenant, j'aime parfois me connecter à Internet pour jouer à des jeux en ligne, ce qui était impossible à l'époque. Mon routeur téléphonique et son réseau cuivre pouvait à peine offrir une bande passante suffisante pour charger une image. Aujourd'hui, nos réseaux ont évolué grâce à la fibre optique qui offre des connexions à très haut débit. Bien que ces systèmes de communication soient de toute évidence plus performants que les anciens systèmes en cuivre, ceux-ci possèdent encore quelques inconvénients. Par conséquent, des chercheurs ont tenté de développer un nouveau type de fibre optique en utilisant des semi-conducteurs plutôt que de la silice. Ces câbles d'un nouveau genre pourraient jouer un rôle déterminant dans la transmission des signaux, que ce soit sur le réseau au sens large et sur les circuits imprimés.

 

Fibre optique

Bien que nombre d'entre nous envisagent l'Internet comme quelque chose auquel nous nous connectons, et qui est probablement hébergé dans le cloud, il ne s'agit en fait que d'ordinateurs. Des millions d’ordinateurs tous connectés entre eux. Les câbles à fibre optique se composent d'une multitude d'autoroutes de l'information qui relient ces ordinateurs entre eux. Les fibres optiques sont fabriquées avec du verre et confèrent à nos réseaux des débits supérieurs et une qualité optimale des signaux. Cependant, ces fibres peuvent avoir des inconvénients : parmi les principaux problèmes posés par cette technologie figurent le coût et la complexité de l'équipement nécessaire pour connecter des circuits optiques à des circuits électriques.

 

La plupart des câbles à fibres optiques utilisent de la silice ou du verre pour conduire la lumière. La lumière est un formidable vecteur d'information qui possède une capacité de bande passante beaucoup plus importante que les câbles électroniques. Aujourd'hui, les entreprises peuvent obtenir un débit Ethernet de 40 Gbit/s, mais la fibre a déjà atteint des vitesses pouvant aller jusqu'à 43 Tbit/s. La lumière a aussi un plus faible taux d’erreur binaire et résiste mieux aux interférences électromagnétiques. Ces caractéristiques font que la lumière est la méthode de transmission de prédilection dans les réseaux où la vitesse est le principal enjeu.

 

Si vous envisagez aujourd'hui d'obtenir une connexion à fibre optique chez vous, je vous conseille de vous renseigner sur les prix avant toute chose. L'un des principaux inconvénients de la fibre optique est le coût des circuits utilisés pour convertir les signaux optiques en signaux électriques. En termes de profits, ces gains de connectivité deviennent des points faibles. Cet équipement coûteux est également complexe et difficile à connecter à des composants électroniques. C'est pourquoi des chercheurs se sont efforcés de mettre au point des fibres optiques à base de semi-conducteurs.

 

Terre en verre avec un câble à fibres optiques en arrière-plan
La fibre optique est le composant qui nous a aidé comme jamais auparavant à exploiter tout le potentiel du World Wide Web.

 

Fibre optique à semi-conducteurs

Les semi-conducteurs sont omniprésents dans le monde de l’électronique. Ma console de jeux vidéo ne pourrait pas fonctionner sans eux. Il y a plusieurs années, plusieurs chercheurs ont vu comment les avantages des semi-conducteurs pourraient être appliqués à la fibre optique. Depuis lors, ils se sont efforcés d'intégrer ces deux technologies, et ont récemment fait une découverte capitale.

 

La fibre optique possède déjà une importante bande passante et de bonnes caractéristiques de transmission, quels sont donc les avantages que les semi-conducteurs peuvent apporter ? Ils pourraient résoudre l’un des principaux points de friction pour la fibre optique, à savoir son coût de conversion et sa complexité. Les semi-conducteurs peuvent transmettre simultanément des signaux optiques et électriques et éventuellement effectuer une conversion des signaux en transit. Le convertisseur électronique serait en quelque sorte intégré au câble lui-même.

 

Jusqu'à tout récemment, la mise en pratique de cette théorie rencontrait un problème majeur. Les chercheurs utilisaient des cristaux pour conduire à la fois la lumière et les électrons dans les fils, mais les cristaux avaient trop de couches limites. Au lieu d’un cristal long, le support était composé d'une multitude de cristaux courts. Lorsque la lumière passait de l'extrémité d’un cristal à un autre, celle-ci se dispersait. Une recherche menée par la Penn State University a résolu ce problème en utilisant des lasers pour former des cristaux contigus longs à l’intérieur d’un câble. Cette méthode nous rapproche un peu plus d'une fibre optique à semi-conducteurs utilisable.

 

Installation d'un câble à fibres optiques
Un jour peut-être, ce genre de câbles sera installé dans nos quartiers, et ce, plus rapidement qu'on le croit. Crédit éditorial : Hadrian / Shutterstock.com

 

Applications

Quel est l'intérêt d'une technologie si vous n'en avez aucune utilité et ne pouvez pas écrire à ce sujet sur Internet ? Selon moi, la fibre optique à semi-conducteurs possède deux applications intéressantes, l'une évidente et l'autre un peu moins.

 

La plupart des gens qui parlent de cette technologie semblent intéressés par ses applications générales. En effet, celle-ci a le potentiel de révolutionner les réseaux et de remplacer la fibre optique traditionnelle ainsi que les réseaux en cuivre. Bien que cela soit certainement vrai, je suis également très intéressé par ses applications possibles pour les lignes de transmission au niveau des circuits. Les interférences électromagnétiques sont un fléau sur toutes sortes de circuits imprimés, en particulier lorsque vous travaillez avec des circuits à signaux mixtes ou à haute vitesse. L'avantage de la transmission optique est qu'elle n'émet aucune interférence électromagnétique significative et qu'elle résiste aux parasites électromagnétiques. Donc, si vous avez une ligne de transmission particulièrement bruyante sur votre carte, routez-la avec une fibre à semi-conducteurs. Celle-ci n'émettra aucune interférence électromagnétique et pourra être convertie dans le câble lui-même, sans aucune puce supplémentaire. Cette technologie n’a pas encore été appliquée à son but premier. Tout ceci n'est donc que pure conjecture. Cependant, restez attentifs aux applications pour les cartes dès que cette technologie sera disponible dans le commerce.

 

Ma première utilisation d'Internet a été une véritable révélation, mais maintenant je trouve cette plateforme une peu désuète. Heureusement que des chercheurs titillent ma curiosité en faisant des découvertes passionnantes dans le domaine de l'optique. La fibre optique nous a apporté l’intégrité du signal et davantage de vitesse, mais son coût et sa complexité constituent depuis longtemps des points de friction. Les fibres optiques à base de semi-conducteurs peuvent combiner les avantages des conducteurs électriques à ceux des conducteurs optiques et être à l'origine une nouvelle ère de communication. Elles sont même capables de réduire les interférences électromagnétiques sur vos cartes.

 

Même si les fibres optiques à semi-conducteurs n'ont peut-être pas besoin de puces de conversion aux deux extrémités, leurs réseaux de transport auront certainement besoin d'un grand nombre de cartes. Si vous comptez évoluer dans ce secteur vous devrez utiliser un logiciel sophistiqué capable d'évoluer au fil du temps. CircuitStudio est à la pointe de la conception de circuits imprimés et dispose des outils pour le prouver.

 

Vous avez d'autres questions sur les fibres optiques ? Contactez un expert Altium.

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