DEMONSTRATION D`UNE TRANSMISSION - JNOG 2008

DEMONSTRATION D’UNE TRANSMISSION ANALOGIQUE PAR FIBRE OPTIQUE
Thierry Chartier
Laboratoire Foton, CNRS UMR 6082, Enssat, BP 80518, 22305 Lannion cedex, France
[email protected]
RESUME
Présentée à l’occasion de plusieurs manifestations grand public (Nuit des Chercheurs,
Fête de la Science, etc.) l’expérience de transmission d’un signal analogique (en
l’occurrence un morceau de musique) par fibre optique a toujours un grand succès
auprès du public. Cette expérience est l’occasion de parler de la lumière laser, de la
fibre optique et, d’une manière générale, des télécommunications optiques. Au cours
de ce poster nous présentons comment nous avons mis en place cette démonstration
dans sa version de base et sa version multi-longueurs d’onde.
MOTS-CLEFS : laser, fibre optique, transmission analogique.
1. INTRODUCTION
Les chercheurs sont de plus en plus souvent sollicités pour faire la promotion des sciences
auprès du grand-public et notamment du jeune public. Pour ce faire, ils doivent mettre en place des
expériences simples, attractives et accessibles à tous. Dans cet exercice, les opticiens ont l’avantage
de pouvoir utiliser un objet très démonstratif : le laser. De plus, de nombreux exemples
d’applications des lasers peuvent être pris dans la vie de tous les jours (lecteurs CD, réseaux de
communication, lecteurs de code-barre, etc.).
A l’Ecole Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (Enssat) de
Lannion [1], nous avons mis en place, depuis deux ans, une démonstration consistant à transmettre,
dans une fibre optique au moyen d’un laser, l’information analogique issue de la prise casque d’un
ordinateur ou d’un baladeur MP3. La description de cette expérience donne l’occasion au chercheur
de parler des propriétés des lasers, de la fibre optique et, en poussant l’explication un peu plus loin,
de la nécessité d’utiliser les technologies optiques pour les réseaux de communication haut-débit.
Cette démonstration a, pour l’instant, été présentée au cours des manifestations suivantes :
Journées portes ouvertes de l’Enssat à Lannion en 2007 et 2008,
Nuit des Chercheurs 2007 à Lannion, organisée par l’Enssat,
Village des Sciences 2007 à Lannion, organisée par l’Association Bretonne pour la
Recherche Et la Technologie [2],
Opération « à la découverte de la recherche » dans le département de l’Ile et Vilaine
en 2007 et 2008, organisée par l’Université de Rennes 1, le CNRS, l'INRA et
l'INRIA en collaboration avec le Rectorat de l'académie de Rennes.
Dans cette communication, nous allons présenter notre démonstration ainsi que sa version
multi-longueurs d’onde.
2. PRESENTATION DE L’EXPERIENCE
Le schéma de principe de l’expérience est représenté sur la figure 1. Le signal à transmettre
est issu de la prise casque d’un ordinateur portable. Nous avons également utilisé un baladeur MP3
à la place de l’ordinateur au cours de certaines démonstrations. Le signal analogique est envoyé, par
l’intermédiaire d’un montage électronique adéquat, sur l’alimentation en courant d’une diode laser
émettant à 650 nm, de puissance 1 mW. Le laser est donc modulé en intensité par le signal
analogique. Le faisceau collimaté est injecté en espace libre dans une fibre plastique multimode de
1 mm de diamètre environ [3] et d’une longueur d’environ 3 m. En sortie de fibre, le faisceau
divergent est focalisé sur une photodiode au silicium au moyen d’une lentille de focale 5 cm. Le
signal électrique issu de la photodiode est amplifié puis envoyé sur des haut-parleurs. Au final, un
morceau de musique, joué sur l’ordinateur, est donc restitué sur les haut-parleurs. La partie espace
libre du faisceau permet à l’animateur de la démonstration, ou même à un spectateur, d’occulter le
faisceau afin d’interrompre la diffusion du morceau de musique (figure 2). L’effet sur le public est
garantit et déclenche en général de nombreuses questions.
Lentille
Diode laser
650 nm
Photodiode
silicium
Fibre plastique
Electronique
de commande
Montage
amplificateur
Sortie audio
Figure 1 : Schéma de principe de la démonstration
Figure 2 : Présentation de la démonstration au cours de la Fête de la Science 2007 à Lannion.
3. VERSION MULTI-LONGUEURS D’ONDE DE LA DEMONSTRATION
Dans le but de rendre la démonstration plus spectaculaire et d’illustrer la technique du
multiplexage en longueurs d’onde, couramment utilisée dans les liaisons optiques à haut-débit, nous
avons proposé une version améliorée de notre démonstration utilisant deux lasers de couleur
différente.
Le schéma de principe est représenté sur la figure 3. Deux signaux audio ont été utilisés,
chacun provenant de la prise casque d’un ordinateur. Un des deux signaux analogiques est envoyé
sur un laser rouge similaire à celui de la démonstration précédente (toujours par l’intermédiaire d’un
montage électronique) et l’autre signal est envoyé sur un laser bleu (par l’intermédiaire également
d’un montage électronique). Le laser bleu a une longueur d’onde de 445 nm et délivre environ 1
mW de puissance [4]. Les deux faisceaux, modulés en intensité par les deux signaux différents
(deux morceaux de musique différents en l’occurrence), sont combinés au moyen d’un cube
séparateur de faisceaux (voir figure 4.a) et injectés dans la fibre plastique utilisée précédemment. En
sortie de fibre, les deux faisceaux sont séparés et focalisés au moyen d’un réseau de diffraction
concave (voir figure 4.b). Le réseau de diffraction est orientable ce qui permet de choisir la
longueur d’onde diffractée (suivant l’ordre 1) à envoyer sur la photodiode silicium. Le spectateur
peut lui-même tourner le réseau et choisir le morceau à écouter sur les haut-parleurs. Sur l’ordre 0
du réseau de diffraction, les deux morceaux sont restitués en même temps sur les haut-parleurs.
Cette expérience donne l’occasion d’expliquer au public la technique de multiplexage en
longueurs d’onde et la montée en débit des réseaux de communication optique.
Réseau de diffraction
Laser
rouge
Fibre plastique
Laser
bleu
Photodiode
Figure 3 : Schéma de principe de la version multi-longueurs d’onde de la démonstration.
Figure 4 : (a) Cube permettant de combiner les faisceaux rouge et bleu avant de les injecter
dans la fibre, (b) réseau de diffraction permettant de séparer les faisceaux.
CONCLUSION
Nous avons présenté notre démonstration consistant à transmettre un signal analogique par
fibre optique. Cette démonstration marque l’esprit du grand public et est très efficace pour expliquer
le rôle de l’optique dans les réseaux de communication. Nous avons également présenté une version
multi-longueurs d’onde de cette démonstration.
REMERCIEMENTS
T. Chartier tient à remercier les étudiants et le personnel de l’Enssat qui ont participé à la
réalisation pratique des démonstrations : S. Guillemet, F. Le Gerroué, M. Ben Abdallah, M. Duhant,
F. Pin, J.-P. Lesault et H. L’Her ainsi que L. Feichter pour les photos. T. Chartier remercie
également les nombreuses personnes de l’Enssat et du laboratoire Foton qui ont animé les stands au
cours des diverses manifestations.
RÉFÉRENCES
[1]
[2]
[3]
[4]
www.enssat.fr
www.abret.asso.fr
Fibre optique fabriquée par Perfos, www.perfos.com
Laser fabriqué par Oxxius, www.oxxius.com