Fibres à cœur creux de nouvelle génération pour les communications à haut débit, la communication quantique et la détection distribuée
Description
Le projet de doctorat proposé vise à développer et à démontrer la prochaine génération de fibres à cristal photonique à cœur creux (HCPCF) pour la transmission de données à très haut débit, la communication quantique et la détection distribuée. Des avancées récentes ont permis de réduire les pertes des HCPCF à 0,1 dB/km [1-2], positionnant cette technologie comme une alternative révolutionnaire aux fibres de silice conventionnelles.
La lumière se propageant dans l'air plutôt que dans le verre, les HCPCF permettent une latence plus faible et des non-linéarités optiques négligeables, répondant ainsi aux principaux défis des futurs centres de données, des réseaux optiques pour les applications sensibles au temps et des systèmes de distribution de clés quantiques (QKD). Le projet explorera la communication de signaux via les HCPCF comme technique disruptive pour transmettre des informations de manière rapide et sécurisée et explorera la capacité de détection distribuée de ces fibres. Notre ambition est de démontrer une transmission à 400 Gbps sur quelques kilomètres de fibre et d'étudier les potentiels de la transmission QKD et de la détection acoustique distribuée (DAS) sur les HCPCF. Une telle réalisation nécessite de surmonter des spécifications strictes en matière de guidage monomode, de contrôle de la polarisation et de faibles pertes de courbure et de couplage.
Deux groupes de recherche complémentaires superviseront conjointement les travaux :
GPPMM/XLIM/UNILIM-CNRS, reconnu internationalement pour la conception et la fabrication de HCPCF [3-5], supervisera le développement de nouvelles HCPCF à réseau hybride et la mise en œuvre de méthodes de fabrication avancées afin de minimiser les pertes par diffusion de surface.
GTO/LTCI/Télécom Paris/IMT, leader dans le domaine des systèmes de communication optique à haut débit, se concentrera sur l'intégration et le test des nouvelles fibres dans des plateformes de transmission cohérente, de communication quantique et DAS de pointe. L'existence d'une expertise sur ces trois sujets [6-8] et de ces trois plateformes dans un seul laboratoire universitaire confère à GTO une position unique au niveau national.
La synergie entre les deux équipes est essentielle : un retour d'information itératif entre la fabrication et les tests au niveau du système garantira que les propriétés de la fibre répondent aux exigences opérationnelles de transmission et de détection. Une collaboration industrielle avec GLOphotonics complétera les efforts universitaires, en apportant son expertise en matière de connectique et de mise à l'échelle vers des longueurs de fibre déployables.
Sur le plan méthodologique, le projet combine la modélisation numérique, la fabrication, la caractérisation et la validation expérimentale sur la bande C. Le traitement numérique du signal pour le suivi de la polarisation et de la phase développé au LTCI sera utilisé pour évaluer et optimiser les performances de transmission des HCPCF. Au-delà des objectifs immédiats, ces travaux ouvriront la voie à de nouvelles applications des fibres à guidage aérien pour les réseaux hybrides classiques-quantiques et les infrastructures de détection distribuées.
En fusionnant une technologie de fibre optique de pointe avec la recherche avancée en systèmes de communication, cette thèse jettera les bases d'une nouvelle génération de liaisons optiques ultra-rapides, à faible latence et prêtes pour le quantique. Son succès dépendra de manière cruciale de l'expertise unique et complémentaire des deux équipes de supervision, dont l'expertise et la collaboration rendent cet objectif ambitieux et disruptif réaliste.
Bibliographie
Bibliographie
[1] Y. Chen et al., "Hollow Core DNANF Optical Fiber with <0.11 dB/km Loss," 2024 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC), San Diego, CA, USA, 2024, pp. 1-3. https://doi.org/10.1364/OFC.2024.Th4A.8.
[2] S. Gao et al., “40km, 0.052dB/km and 83km, 0.076dB/km in Interstitial-Tube-Assisted Hollow-Core Fiber”, 2025 European Conference on Optical Communication (ECOC), Copenhagen, Denmark, 2025.
[3] B. Debord et al., “Hollow-core fiber technology: the rising of “Gas Photonics””, MDPI – fiber, paper review, 7, 16, 2019. https://doi.org/10.3390/fib7020016.
[4] J. Osorio et al., “Hollow-core fibers with reduced surface roughness and ultralow loss in the short-wavelength range”, Nature communications, Vol. 14, Number 1146, 2023. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36785-6
[5] F. Amrani et al., “Low-loss single-mode hybrid-lattice hollow-core photonic crystal fiber”, Light science and applications, Vol. 10, Article 7, 2021. https://doi.org/10.1038/s41377-020-00457-7
[6] J. Liu et al., "Sequence Selection With Dispersion-Aware Metric for Long-Haul Transmission Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 42, no. 14, pp. 4818-4828, 204. https://doi.org/10.1109/JLT.2024.3385109
[7] G. Ricard et al., “Receiver Noise Calibration in CV-QKD Accounting for Noise Dynamics”, available at https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.07549
[8] P. K. Choudhury and É. Awwad, “Wavelength and Code Orthogonality Based Distributed Acoustic Sensing over a Passive Optical Network," in OFC2025, W3J.3. https://doi.org/10.1364/OFC.2025.W3J.3
