Optimisation des télécommunications optiques cryptées dans l’infrarouge à travers l’atmosphère turbide – OPTOPIRAT

Les télécommunications optiques espace libre dans l’infrarouge représentent une alternative de plus en plus attractive face à la saturation progressive des canaux dédiés aux technologies hertziennes et aux besoins croissants en bande passante. Cependant, cette technologie prometteuse, rapidement déployable, est vulnérable aux conditions météorologiques telles que le brouillard. En effet lorsque le faisceau optique traverse un milieu diffusant, il subit des phénomènes d’absorption et de diffusion qui vont atténuer le signal optique et provoquer à haut débit un étalement temporel. Ces effets sont d'autant plus importants que la distance de transmission est grande. Par ailleurs, la diffusion multiple du faisceau fait que le signal peut être intercepté par une partie adverse située à une distance adéquate. La sécurisation des données transmises et l’augmentation de la portée des systèmes de télécommunications cryptées à travers des milieux turbides tels que le brouillard constitue donc un enjeu fondamental pour les applications défense et industrielles civiles.
L’objectif du projet OPTOPIRAT est de proposer de nouvelles stratégies de télécommunication pour augmenter significativement la portée et le débit des systèmes de télécommunication optique espace libre en présence de brouillard. La sécurisation des données sera obtenue par le biais d’une méthode de cryptographie exploitant le chaos temporel des sources lasers à cascade quantique. La stratégie proposée se décline en trois approches innovantes. Le premier axe consistera à explorer les propriétés physiques et de modulation des lasers à cascade quantique afin d’accroître la bande passante de modulation et de chaos de ces sources émettant dans l’infrarouge moyen. La deuxième approche proposée consistera à filtrer les photons balistiques ou serpentiles, c’est-à-dire les photons ayant rencontré peu d’évènements de diffusion, au moyen d’une approche de modulation et démodulation temporelle de l’intensité/polarisation des signaux émis et détectés respectivement. L’objectif ici est d’obtenir une réjection efficace des photons multi-diffusés majoritaires en flux qui dégradent le rapport signal sur bruit du signal de communication. Enfin le troisième axe de notre stratégie consistera à évaluer l’apport en termes de portée d’une technique d’optique adaptative par conjugaison de phase pour corriger les effets de la diffusion. Cette approche, en bénéficiant du filtrage des photons serpentiles qui doit permettre de réduire significativement le nombre de modes à corriger, pourrait s’avérer d’autant plus fructueuse que le nombre de modes se propageant dans le milieu diffusant serait amené à décroître lorsque la longueur d’onde augmente, passant de l’infrarouge proche (SWIR) au moyen infrarouge (MWIR, LWIR). L’un des objectifs d’OPTOPIRAT sera également de comparer les performances de télécommunication à différentes longueurs d’onde couvrant les principales conditions de brouillard rencontrées (advectif et convectif). Pour conclure, l'avantage des télécommunications optiques terrestres à longue portée est leur fiabilité, leur déploiement simple et économique entre les toits de bâtiments en ville et sur les aéroports, ou entre des terminaux télécoms aéroportés et le sol, à l'approche des zones urbaines ou en situation de guerre ou de catastrophe naturelle. Ainsi, face aux besoins croissants d’échange de données, il y a donc un enjeu sociétal fort à proposer des solutions alternatives pour contrer ces limitations atmosphériques et accroître la portée des systèmes de télécommunications optiques en situation atmosphérique dégradée.