Historique des technologies technologie Optique Sans Fil OSF

Description des technologies OSF – Chapitre I:

Titre 1: Historique

L’idée de transmettre des informations sans fil en utilisant des signaux optiques est loin d’être nouvelle. Dès l’antiquité, les écrits d’Euclide9 décrivent l’utilisation de disques métalliques pour réfléchir la lumière du soleil afin de communiquer des signaux sur de longues distances. A cette époque, le signal optique était modulé « manuellement » à la source en faisant bouger le disque réfléchissant. Le message était ensuite interprété par le destinataire en fonction d’un code conventionnel.

En 1873, Willoughby Smith10 découvre les propriétés photosensibles remarquables du sélénium qui présente une conductivité électrique variable en fonction de son exposition à la lumière du soleil. Interpellé par cette découverte, Alexander Graham Bell11 inventa en 1880 le photophone exploitant les propriétés exceptionnelles du sélénium.

Du côté de l’émetteur, le système consistait à moduler la lumière du soleil réfléchie par un miroir déformable que faisait vibrer la voix à transmettre. Du côté du récepteur, le faisceau lumineux d’intensité variable était ensuite projeté sur une cellule de sélénium dont la conductivité électrique variait en concordance12.

Un téléphone pouvait alors être connecté à cette cellule et reproduire la voix. Jusqu’à sa mort, Bell considéra que cette invention était supérieure à celle du téléphone filaire. Cependant, la technologie montra vite ses limites.

Le fonctionnement du photophone était en effet tributaire du soleil et il était donc impossible de communiquer par temps nuageux et pendant la nuit. Enfin, le photophone tombera en désuétude lorsque Marconi démontra, dès 1887, la possibilité de la télégraphie sans fil en recourant aux propriétés des ondes hertziennes.



Récepteur du photophone: le signal lumineux est convergé sur un cellule de sélénium et converti en signal électrique

Source: Bell & Tainter patent 235,496 14/12/1880

Pour assurer la transmission optique d’informations de manière plus fiable, il fallait renoncer au soleil en tant que source lumineuse en faveur d’un générateur de lumière contrôlable, régulier et suffisamment puissant pour envoyer des signaux sur de longues distances. Cette évolution fut possible grâce à l’invention du maser par Charles Townes et Arthur Schawlow en 1955, suivie par celle du laser en 1960 par Theodore Maiman. Cependant, les premiers lasers, qui fonctionnaient à l’aide d’un rubis synthétique, n’offraient pas une fréquence d’impulsion suffisamment grande pour transmettre des données. Il fallut donc attendre l’apparition de systèmes à néon hélium pour effectuer les premières communications par laser.

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9 Euclide (3ième siècle avant JC), « Optica » et « Catoptrica »

10 Smith W. (4 February 1873), « Letter to Latimer Clark »,

11 Bell A. G. (23 Sept 1880), « Selenium and the photophone », Nature

12 Lange A., »Histoire de la télévision », www.histv.free.fr

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La Nasa s’intéressa en premier à cette technologie naissante, que l’on avait alors nommée « Free Space Optics », dans le but d’échanger des informations entre un satellite et une base terrestre. Après le succès de cette première application, le département de la défense américaine lança un programme de recherche visant à produire un système viable pour le début des années 1980.

L’intérêt était de communiquer sans risque d’interception de données secrètes, grâce au confinement du signal dans un faisceau étroit. Les Etats-Unis ne furent pas les seuls à s’intéresser à l’optique sans fil. D’autres pays, comme l’Allemagne, le France et le Japon, participèrent également à l’évolution de la technologie.

Le scientifique allemand Erhard Kube, souvent considéré comme le père de l’optique sans fil, publia en 1968 un des premiers articles à ce sujet, intitulé Nachrichtenübertragung mit lichtstrahlen in der Atmosphäre13



1969: une version améliorée du photophone

Source : Emission TV « Beams of the future”

Le début des années 1990 est marqué par l’introduction de l’OSF (technologie Optique Sans Fil) dans des applications civiles. La demande croissante de connexions à haute bande passante couplée aux capacités limitées des infrastructures des opérateurs traditionnels rendait intéressante, aux Etats-Unis, l’utilisation de l’OSF au sein de réseaux d’accès. D’autre part, à la suite de la dérégulation des télécommunications du milieu des années 1990, l’OSF représentait, pour les opérateurs concurrentiels, une manière peu coûteuse de ne pas emprunter les infrastructures des opérateurs historiques.

Par la suite, grâce aux nombreuses expériences vécues sur le terrain, les constructeurs d’OSF (technologie Optique Sans Fil) ne cesseront d’apporter à leurs appareils des améliorations techniques, augmentant la puissance des émetteurs et la sensibilité des récepteurs ainsi que la fiabilité générale des dispositifs. Les systèmes actuels permettent de transmettre des données avec une bande passante de 2,5 Gbps sur plus d’un kilomètre.

Tableau n°1 : Récapitulaitif des technologies OSF (technologie Optique Sans Fil)

Période

Technologie

Source lumineuse

Modulation

Démodulation

Capacité

Antiquité

Disque métallique

Soleil

Manuelle

Œil et Cerveau

symboles

Fin 19ième

siècle

Photophone

Soleil

Miroir déformable vibrant par la voix.

Cellule de sélénium photosensible

Voix

Depuis 1960

Free Space

Optics

Laser

Modulation

On et Off

Récepteurs divers

(PIN, APD,…)

Images, données

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13 Nachrichtentechnik, June 1968, p. 201 – 207

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