Synthèse de l’intervention de Peter Schultz au 4ème symposium décrivant le parcours de la découverte de la fibre optique chez la société Corning Glass

Nous produisons ci-après une synthèse que nous estimons refléter les propos de M.Peter Schultz pour ceux qui n’ont pas pu assister à la conférence de M. Peter Schultz le 8 mai 2018 à Casablanca :

En 1930, le chimiste Frank Hyde de la société Corning Glass Works, avait pour mission d’explorer les moyens de combiner les matériaux plastiques avec des verres pour former des matériaux ressemblant à du verre. Il avait découvert que lorsque des vapeurs de tétrachlorure de silicium, passent à travers une flamme, s’hydrolysent pour former une fine poudre de verre de silice fondu pur. Pour cette découverte il a déposé un brevet en 1934. Cette découverte constitue une étape importante vers la réalisation de fibres optiques à base de verre. Cette découverte de Hyde, appelée hydrolyse à flamme, s’est révélée prometteuse pour fournir un mécanisme plus facile pour la fabrication de produits à base de silice fondue tels que des tubes et des éléments optiques.

Dans les années 1950, le processus d’hydrolyse de la flamme a été ressuscité à la société Corning pour répondre à une demande croissante de silice fondue pure pour les applications dans le domaine des télescopes destinés à l’astronomie.

Au cours des années 1950, Robert Maurer, un physicien à Corning, a soigneusement étudié la diffusion de la lumière dans le verre. Ses résultats, publiés en 1956 et en 1960, indiquaient que la silice fondue présentait la plus faible diffusion de Rayleigh de tous les verres qu’il mesurait (environ 10 fois moins que les meilleurs verres optiques à l’époque). Les chercheurs et les ingénieurs de Corning ont pris conscience de l’application des fibres optiques à faible perte pour les télécommunications le 17 juin 1966.

 William Shaver un ingénieur de Corning international a convaincu les responsables de Corning pour son plan afin de développer des fibres optiques en verre pur. Les exigences de conception initiales qui avaient été données à Shaver lors de cette réunion concernaient une fibre monomode (diamètre de 100 μm avec noyau de 0,75 μm) ayant une atténuation totale d’environ 20 dB/km. Alors que les meilleurs verres optiques en vrac de l’époque présentaient des atténuations d’environ 1000 dB/km ! Pour mener ces travaux, les ingénieurs de Corning se sont basés sur  les publications d’Eli Snitzer d’American Optical Corporation, publiées en 1961, dans lequel de courtes fibres de verre monomodes ont été présentées pour la première fois. Les équipes de Corning en s’appuyant, entre autres,  sur le travail  d’Eli Snitzer ont commencé en 1967, à tirer de courtes longueurs de fibres monomodes à partir de noyaux de fibre de verre conventionnels placés dans des tubes capillaires (un processus tige-dans-tube). Bien que les pertes soient très élevées, mesurées avec la lumière laser HeNe, les résultats suggèrent que de meilleurs verres et procédés pourraient donner de meilleurs résultats. Même si les pertes étaient encore très élevées (environ 10 dB/mètre), les équipes de Corning étaient assez encouragées pour continuer. A cet effet les responsables de Corning  ont approuvé le recrutement de deux scientifiques à cet effort à fin de 1967. M. Peter Schultz était parmi ces nouveaux recrutements. M. Peter Schultz a rejoint Corning en tant que scientifique en juillet 1967. Sa première mission était de jeter un nouveau regard sur le processus d’hydrolyse des flammes de Hyde et de voir ce que l’on pouvait faire d’autre avec cette technologie. M. Peter Schultz a commencé à fabriquer diverses silices fusionnées dopées et à mesurer leurs propriétés.

En janvier 1968, Don Keck, Ph.D,  physicien, a rejoint Corning et a commencé à travailler à temps plein sur le projet de fibre en utilisant les bases des précédentes recherches de Corning. Ils ont porté plus d’efforts sur la fusion de la silice obtenue par hydrolyse à flamme. L’approche utilisée était un peu contre-intuitive dans la mesure où ils avaient essentiellement ajouté une « impureté » à la silice fondue pure pour élever l’indice de réfraction afin de créer le cœur de la fibre. Il n’était pas du tout clair que cette technique de «dopage» fonctionnerait. Beaucoup plus tard, ils ont appris qu’ils étaient le seul groupe à poursuivre cette approche à haute teneur en silice à l’époque.

Après une série d’expériences pour développer le procédé, ils avaient fabriqué le premier modèle de fibre. A leur grande surprise, après plusieurs tentatives, l’atténuation a été réduite à 17dB / km. Après à 16dB / km sur une fibre de près de 1 km.

En mai 1970, ils ont déposé le brevet décrivant l’utilisation de silices fondues dopées et la méthode de fabrication de ces fibres en déposant le verre de noyau à l’intérieur d’un tube de gainage. Ce brevet avec les autres, s’avéreraient très utiles à Corning. Après des améliorations successives la direction de Corning a décidé de faire passer le projet en phase de développement en 1971.

 Les ingénieurs ont été chargés de trouver des moyens de fabriquer la fibre et de fournir des échantillons aux clients potentiels et aux partenaires de développement conjoints que l’équipe commerciale alignait. En 1975, Corning a commencé à construire une usine de production pilote qui a été mise en service en 1976.

En 2018, les préformes de fibre en production correspondent à des fibres monomodes dont le noyau de silice est dopé en germanium avec des pertes moyennes de 0,182 dB/km.

Parallèlement aux travaux de Corning aux Etats-Unis, le Laboratoire des « Standard Télécommunications Laboratoires » à Londres a aussi contribué à rendre opérationnelle les systèmes de communication optiques à longue distance et à faible perte en mettant à profit l’utilisation conjointe du laser et de la fibre optique. M.Charles K. Kao,  ingénieur américano-britannique d’origine chinoise est parmi aussi les pionniers en Angleterre de l’utilisation des fibres optiques dans les télécoms. Si l’équipe de Kao en Angleterre travaillait pour rendre la fibre optique plus pure pour réduire l’atténuation, l’équipe de Peter Schultz aux USA a utilisé une approche qui consiste essentiellement a ajouté une « impureté » à la silice fondue pure pour élever l’indice de réfraction afin de créer le cœur de la fibre.

 Equipe de Lte Magazine.