La lumière torsadée améliore les communications optiques
Le rythme actuel auquel le trafic de données en réseau augmente est grandement influencé par les services qui intensifient considérablement l’utilisation d’Internet. Les services de vidéo à la demande, de réseaux sociaux et de cloud computing réduisent énormément les performances des centres de données et pourraient affecter les fonctionnalités du réseau. Jusqu’ici, un grand nombre de solutions techniques et d’architectures de réseau ont été proposées et étudiées pour résoudre ces problèmes. Il s’agit principalement d’améliorer l’évolutivité ainsi que la consommation en termes de bande passante et d’énergie des liaisons et commutateurs optiques des centres de données. Grâce au projet ROAM, financé par l’UE, des scientifiques ont utilisé une propriété de la lumière rarement exploitée – son OAM – pour augmenter la quantité de données pouvant être transmises via une fibre optique et améliorer les performances des commutateurs optiques dans les centres de données. Multiplexage OAM En fonction de la distribution spatiale du champ électromagnétique, le faisceau OAM possède un front d’onde hélicoïdal ou torsadé susceptible de prendre diverses valeurs entières. «Contrairement aux systèmes de communication conventionnels qui utilisent des photons comme des uns et des zéros pour transporter des données, l’OAM de la lumière permet d’encoder des données supplémentaires par le biais de ses nombreux modes hélicoïdaux. Cela signifie que l’OAM a le potentiel d’augmenter la capacité des systèmes de communication», note la professeure Antonella Bogoni, coordinatrice du projet. ROAM a cherché intensivement à exploiter cette propriété très particulière de la lumière afin d’augmenter la capacité de transmission des fibres pour les liaisons de courte portée à haute densité. Le concept central pour augmenter la capacité repose sur la combinaison de deux techniques de multiplexage orthogonal différentes: le multiplexage par répartition en mode optique utilisant l’OAM avec le multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM). En combinant OAM et WDM, l’équipe du projet a démontré avec succès la possibilité d’utiliser plusieurs voies de transmission de données indépendantes sur la même liaison fibre. À l’origine, les scientifiques ont multiplexé 10 modes OAM coaxiaux transmis simultanément sur 16 longueurs d’onde, sur une fibre de 1 km de long. Le système de transmission par fibre optique multiplexée pouvait donc fournir 160 voies de transmission de données. Les recherches ont ensuite porté sur l’extension de la portée de transmission par fibre optique. «Nous avons réussi à multiplexer ensemble 8 modes OAM sur 10 longueurs d’onde, chacune transportant un flux de données de 32 Gbs, ce qui correspond aux technologies de pointe actuelles», note la professeure Bogoni. L’équipe du projet a montré avec succès que les modes OAM pouvaient être transmis jusqu’à 10 km. Le multiplexage OAM a fait preuve d’une compatibilité totale avec les technologies existantes, tout en assurant une minimisation de la surcharge en matière de codage de canal. Des commutateurs de haute performance dans les centres de données Les interconnexions électriques traditionnelles des centres de données souffrent de débits de données faibles, d’une flexibilité médiocre et de problèmes d’évolutivité, ainsi que d’une consommation d’énergie grandissante. La commutation optique a donc commencé à prendre de l’ampleur car elle offre une évolutivité améliorée grâce à l’exploitation de plusieurs domaines comme la longueur d’onde, l’espace et le temps. L’équipe ROAM a travaillé sur le développement d’un commutateur reconfigurable basé sur la photonique sur silicium, en manipulant différents modes OAM et longueurs d’onde WDM. «L’ajout d’un domaine de commutation supplémentaire au sein d’un réseau d’interconnexion multicouche peut accroître davantage l’évolutivité des commutateurs optiques et réduire la consommation d’énergie», explique le professeur Bogoni. Au début, l’équipe a présenté un nouveau commutateur photonique sur silicium hautement extensible et à faible consommation d’énergie. En exploitant une combinaison de 10 modes OAM et de 16 longueurs d’onde WDM à des débits de 30 Gbs, la capacité totale du commutateur a atteint 20 Tbs par seconde, permettant une agrégation de trafic extrêmement évolutive. Cette solution en matière de commutation a été connectée à des réseaux de fibres optiques standard afin de la rendre entièrement compatible avec les architectures actuelles des centres de données. Le développement d’un dispositif à l’échelle de la puce électronique, capable de générer, manipuler et basculer entre les modes OAM, signifie qu’il existe plusieurs applications s’étendant au-delà des systèmes de transmission optique, notamment en imagerie, en informatique quantique et en détection.
Mots‑clés
ROAM, moment angulaire orbital (OAM), modes, multiplexage, centre de données, multiplexage en longueur d’onde (WDM), fibre optique, commutateur optique, évolutivité, capacité de transmission
