L'utilisation croissante des données impose des exigences accrues aux antennes radio qui transmettent ces données aux appareils mobiles. Alimenter ces antennes via les mêmes réseaux de fibres optiques que ceux utilisés pour la transmission des signaux de données pourrait améliorer et simplifier ces infrastructures, à condition d'augmenter la puissance fournie. Motoharu Matsuura, Hidehito Furugori et Jun Sato, de l'Université des communications électroniques de Tokyo, ont démontré la possibilité de fournir 60 W dans un système de fibre optique de test de 300 m, surpassant ainsi la puissance fournie lors de travaux antérieurs et soulignant le potentiel de cette approche.
Les systèmes alimentés par fibre optique sont limités par leur rendement de transmission de puissance, lui-même pénalisé par la part importante de la puissance injectée dans la liaison optique qui est dissipée sous forme de chaleur lors de la transmission. Par conséquent, il est nécessaire de limiter les niveaux de puissance afin d'éviter que cette chaleur perdue n'endommage les composants optiques de la liaison.
Matsuura et ses collègues avaient démontré qu'il était possible de coupler deux fibres multimodes pour la transmission de puissance avec une fibre à double revêtement pour la transmission de données. Ce faisceau était ensuite effilé et raccordé à une seule fibre à double revêtement en sortie. Cependant, une perte de puissance était observée au niveau du séparateur de faisceau de fibres en raison de la section transversale réduite de la fibre au sein du faisceau. De ce fait, le rendement global de transmission de puissance n'était que de 20 %, limitant la puissance transmissible à seulement 40 W.
En augmentant à six le nombre de fibres multimodes porteuses de puissance, les chercheurs ont optimisé la section transversale de la fibre au sein du faisceau sans introduire de nouvelles limitations, maximisant ainsi le rendement de transmission de puissance. Dans leur rapport, ils concluent : « Ces résultats démontrent le fort potentiel des systèmes de puissance optique utilisant des fibres à double revêtement pour les futures communications mobiles à petites cellules. »
Réseaux de données mobiles :
des antennes radio sans fil transmettent des données d'une station centrale vers des appareils mobiles par radiofréquences. La station centrale transmet ces données aux antennes via une liaison fibre optique.
L'alimentation des antennes est généralement fournie par le réseau, mais l'alimentation par fibre optique proposée pourrait simplifier cette alimentation. De plus, elle rendrait les antennes insensibles aux coupures de courant du réseau, comme celles provoquées par la foudre. Bien que l'alimentation par fibre optique ait suscité l'intérêt des chercheurs, la puissance disponible sur fibre reste limitée à ce jour.
Détails du système de test :
les chercheurs ont testé leur système bidirectionnel de fibres de données et d'alimentation, composé d'une station centrale et d'une antenne reliées par une fibre à double gaine.
Une diode laser à modulation électrique directe, générée par un générateur de signaux, a produit des signaux de test à 1 550 nm, conformes aux spécifications de la norme IEEE 802.11g pour les réseaux locaux sans fil (WLAN) utilisés dans le Wi-Fi. Des diodes laser commerciales ont également fourni la puissance optique.
Un amplificateur à fibre dopée à l'erbium a amplifié le signal et augmenté le niveau de puissance du signal de données pour la transmission. Le système comprenait également des éléments de réduction du bruit, notamment des filtres passe-bande et des dispositifs d'élimination des modes de gaine.
Les fibres multimodes et la fibre à double revêtement à l'entrée du faisceau sont effilées et épissées pour former une sortie de transmission de 300 m en fibre à double revêtement. Le double revêtement empêche la diaphonie. Le coût excessif empêche l'utilisation d'une sortie en fibre à double revêtement sur une longue période dans le système de test. Les fibres à double revêtement sont généralement produites industriellement pour être utilisées comme milieux amplificateurs, pour lesquels leur longueur ne doit pas excéder 100 mètres.
Les chercheurs ont identifié la section transversale combinée des deux fibres multimodes comme le facteur limitant l'efficacité de la transmission de puissance. Les deux fibres multimodes laissaient un espace vide dans le faisceau, de sorte que la section transversale totale des fibres était inférieure à celle de la fibre à double revêtement collée, ce qui entraînait un transfert de puissance inefficace.
L'utilisation d'un plus grand nombre de fibres multimodes plus étroites augmente leur facteur de remplissage au sein du faisceau et, par conséquent, leur section transversale combinée. Cependant, cela signifie également que chaque fibre est plus étroite, réduisant ainsi sa capacité de gestion de puissance. Les chercheurs ont déterminé qu'un faisceau de six fibres multimodes à gestion de puissance offrait le compromis optimal entre ces deux facteurs limitants.
Référence :
Motoharu Matsuura*, Hidehito Furugori et Jun Sato, « Alimentation par fibre de 60 W utilisant des fibres à double gaine pour systèmes radio sur fibre avec antennes distantes à alimentation optique », Optics Letters 40 5598 (2015). École supérieure d'informatique et d'ingénierie, Université des communications électroniques, 1-5-1 Chofugaoka, Chofu, Tokyo 182-8585, Japon
