Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

CNAM 1 Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5

CNAM 1 Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 La fibre optique - Qu’est-ce qu’une fibre optique ? - Principes de base - Monomode / Multimode - Atténuation, fenêtres de propagation - Principales caractéristiques - Transmission sur fibre optique - Boucle Locale Optique La fibre optique Diamètre 0,25 mm Revêtement plastique Diamètre 0,125 mm Cœur (Silice) Gaine optique (Silice) - Le signal lumineux est propagé dans et à proximité du cœur. - La gaine optique sert essentiellement à amener le diamètre à 125µm, pour des raisons mécaniques. - Le revêtement sert à protéger la fibre optique. La fibre optique - L’indice de réfraction n : Dans un matériau transparent, l’indice de réfraction mesure la vitesse de la lumière par rapport à sa vitesse dans le vide v = c/n - Loi de Snell-Descartes : n1 1 n2 2 Si n1 > n2 le rayon s'écarte de la normale. Si 1 > arcsin (n2/n1), il y a réflexion totale. n1sin 1 = n2sin 2 1 Propagation dans la fibre optique   n1 (cœur) n2 (gaine) Condition de guidage dans le cœur : Condition de guidage dans le cœur : n2 1  arcsin n 1 Sinon le rayon est réfracté dans la gaine de la fibre Sinon le rayon est réfracté dans la gaine de la fibre n1>n2 n n 2 1 2 2 Propagation dans la fibre optique    1 1 n1 (cœur) n2 (gaine) Angle d’incidence maximal à l’entrée de la fibre, Angle d’incidence maximal à l’entrée de la fibre, soit l’ouverture du cône d’acceptance, soit l’ouverture du cône d’acceptance, appelée ouverture numérique ON : appelée ouverture numérique ON :    ON = sin ON = sin  max max = = n1 sin  1lim  2     n 1 ø  n1 (cœur) n2 La fibre optique multimode Fibre à saut d'indice multimode Fibre à saut d'indice multimode ø extérieur = 140 µm ø cœur = 100 µm (gaine) Indice de réfraction dans le cœur n Indice de réfraction dans le cœur n1 1 constant constant n1 n2 ø La fibre optique multimode Fibre à gradient d'indice multimode Fibre à gradient d'indice multimode ø extérieur = 125 µm n ø cœur = 50, 62.5 ou 85 µm L’indice du cœur diminue suivant une loi parabolique depuis l’axe jusqu’à L’indice du cœur diminue suivant une loi parabolique depuis l’axe jusqu’à l’interface cœur-gaine. l’interface cœur-gaine. La diminution de l'indice fait que la lumière se propage plus vite, ce qui La diminution de l'indice fait que la lumière se propage plus vite, ce qui réduit la dispersion intermodale. réduit la dispersion intermodale. n n 2 1 2 2 La fibre optique multimode Propagation multimode Propagation multimode On définit le paramètre V (fréquence normalisée) avec a : rayon du cœur (V < 2.405 si monomode) On définit le paramètre V (fréquence normalisée) avec a : rayon du cœur (V < 2.405 si monomode) V 2 a  0 Le nombre de modes M est donné par Le nombre de modes M est donné par : dans : dans une une fibre à saut fibre à saut d’indice d’indice M  V 2 (approximation vraie pour (approximation vraie pour un grand nombre de modes) un grand nombre de modes) Le rayon lumineux a plusieurs manières de se propager dans le cœur Le rayon lumineux a plusieurs manières de se propager dans le cœur de la fibre, chaque mode ayant une vitesse de propagation propre (vitesse de la fibre, chaque mode ayant une vitesse de propagation propre (vitesse suivant l’axe de propagation) suivant l’axe de propagation) 2 µm n1 La fibre optique monomode Fibre à saut d’indice monomode Fibre à saut d’indice monomode ø extérieur = 125 µm n ø cœur = 9 ø Sélection d’un seul mode de propagation se propageant au voisinage de l’axe Sélection d’un seul mode de propagation se propageant au voisinage de l’axe 10 Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 La fibre optique multi/monomode - La fibre multimode : A été la première utilisée. Est facile à utiliser (gros cœur ~ tolérances élevées) mais a une limitation intrinsèque de bande passante.  Réservée aux courtes distances : réseaux informatiques. - La fibre monomode : A une bande passante pratiquement infinie (en théorie) mais requiert des composants chers et des tolérances faibles.  Est devenue la solution universelle des systèmes de télécommunications. 11 Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Diamètre de mode • Diamètre de mode (2W0) : – La lumière est guidée par le cœur. Mais, en monomode, une partie importante de la puissance est transmise dans la gaine. – Le profil de puissance lumineuse est à peu près "gaussien", id est en forme de cloche I=I0exp-2r2/w0 2. – Le diamètre de mode est le diamètre de la courbe à 1/e2, soit environ mi-hauteur. • C'est pourquoi l'épaisseur de la gaine est importante dans les fibres monomodes. • Le diamètre de mode varie avec la longueur d’onde. Longueur d’onde de coupure Le guidage du mode varie avec la longueur d’onde : – Aux grandes longueurs d’onde le mode est guidé. – Aux courtes longueurs d’onde, le mode est guidé mais des modes d’ordre supérieur sont guidés aussi. La longueur d’onde de coupure est celle au-dessus de laquelle la fibre devient monomode. a = rayon du cœur c  2  a.ON 2, 404 – En dessous de c le mode fondamental perd de l’énergie au profit de modes d’ordre supérieur. Atténuation / Longueur d'onde La mesure d’atténuation spectrale consiste à mesurer l’affaiblissement de la fibre sur une plage de longueurs d’onde. Atténuation (dB/km) Ultraviolet Hétérogénéité du verre Infrarouge Interaction photon atome 3,5 Interaction avec des ions OH Typique 1970 0,4 0,2 850 1300 1550 Typique 1990 Longueur d’onde (nm) Fenêtre de transmission • La première fenêtre (0.8-0.9 µm) : – Atténuation élevée ( ~ 3 dB/km) – Composants très bon marché (Diodes LED)  n’est utilisée qu’en multimode. • La deuxième fenêtre (1.28-1.33 µm) : – Lasers disponibles depuis longtemps et peu chers – Atténuation raisonnable (0,33 dB/km) – Dispersion chromatique nulle  est encore largement utilisée. Fenêtre de transmission La troisième fenêtre (1.525-1.625 µm) : - Atténuation minimale (0,2 dB/km) - Lasers et amplificateurs performants (mais assez chers) - Existence de systèmes très performants (DWDM) - Deux sous-bandes : C 1525-1565 nm, L 1565-1625 nm C'est la fenêtre de choix pour quasiment toutes les applications modernes. On sait faire des fibres à "dispersion décalée" et même des fibres à "dispersion plate" entre 1,3 et 1,55 µm Dispersion Le signal qui se propage s'élargit La fibre optique Deux effets limitent la capacité de transmission : -Atténuation : une partie du signal, sous forme de lumière, est perdue Atténuation Atténuation Le signal qui se propage s'affaiblit - Dispersion chromatique: le signal reçu est déformé par rapport au signal émis (dégradation) t1 t2 P z Pe  z in Atténuation Au cours de la propagation dans la fibre, la puissance décroît selon la loi :  est le coefficient d’atténuation en Neper/m. On définit plutôt l’atténuation en dB/km : A 1 10log Pin   La relation entre A et  est : L AdB / km  4, 34.10 m1  3  Pout  CNAM Atténuation Matière première Bon marché Sélection Pures, traitées ABSORPTION ABSORPTION en dB/km 2.000.000 200.000 IMPURETES IMPURETES Contenues dans le verre 10kg/tonne 1kg/tonne 1% d'énergie transmise 1% d'énergie transmise (dans le proche infrarouge) (dans le proche infrarouge) sur : sur : 1 cm 10 cm 1 m 10 m 20 100mg/tonne 1 km Ultra-pures VERRES POUR FIBRES OPTIQUES LUNETTES 20.000 100g/tonne OPTIQUE 2.000 10g/tonne VERRES BOUTEILLES VITRES VERRES SODOCALCIQUES ou BOROSILICATES CNAM DE SILICE 0,2 10mg/tonne 100 km Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 18 19 Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Pertes par effet de courbure • Lorsqu’on courbe la fibre, une partie de l’énergie lumineuse du mode peut échapper au guidage, et se perdre dans la gaine. Ce phénomène s’appelle «pertes par courbure». • Il est le plus sensible aux grandes longueurs d’onde. • La mesure de sensibilité à la courbure se fait en mesurant le supplément d’atténuation d’une fibre bobinée sur petit diamètre (75 mm 100 tours, méthode normalisée ITU) Pertes par microcourbures Les pertes par microcourbure apparaissent lors de la fabrication des câbles lorsque des contraintes mécaniques provoquent des microdéformations de la fibre, entraînant des pertes de lumière. Elles sont à peu près indépendantes de la longueur d’onde. Ces pertes dépendent aussi bien de la fibre elle-même que du revêtement. Elles augmentent très vite lorsque le diamètre de la fibre diminue. 21 Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 La dispersion chromatique La dispersion se manifeste par un élargissement des impulsions au cours de leur propagation. d  La fibre se comporte comme un filtre passe-bas. Dispersion intermodale uploads/Finance/ cnam-transmission-fibre-optique.pdf