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SOMMAIRE : P PA AR RT TI IE E T TH HE EO OR RI IQ QU UE E . . ……………………………………………

SOMMAIRE : P PA AR RT TI IE E T TH HE EO OR RI IQ QU UE E . . ……………………………………………………………………….2 I) PRESENTATION. …………………………………………………………………... 1) Introduction. …………………………………………………………………. 2) Descriptif. ……………………………………………………………………. II) PRINCIPES PHYSIQUES. ………………………………………………………...3 III) LES DIFFERENTES SORTES DE FIBRES OPTIQUES.…...…………………...4 1) Les fibres optiques multimodes. …………………………………………….. a) A saut d’indice. ……………………………………………………… b) A gradient d’indice. …………………………………………………5 2) Les fibres monomodes. ……………………………………………………..6 3) Bilan général des différentes fibres étudiées. ………………………………... IV) DISPERSION MULTIMODE DES DIFFERENTES FIBRES. ………………….7 V) LES APPLICATIONS DE LA FIBRE OPTIQUE. ………………………………..8 1) Les télécommunications. ……………………………………………………. 2) Les réseaux sous-marins. ……………………………………………………. 3) L’armée. …………………………………………………………………….9 4) Applications diverses……………………………………………………..10 VI) LA FABRICATION DE FIBRES OPTIQUES. …………………………………… VII) LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DE LA FIBRE OPTIQUE. ..13 1) Les avantages. ………………………………………………………………. 2) Les inconvénients. ………………………………………………………….. P PA AR RT TI IE E E EX XP PE ER RI IM ME EN NT TA AL LE E. ………………………………………………………………...15 TRANSMISSION D’UN SIGNAL PAR FIBRE OPTIQUE. …………………………. 1) Sans fibre optique. …………………………………………………………… 2) Avec fibre optique. ………………………………………………………...16 3) Conclusion sur les manipulations…………………………………………….. CONCLUSION GENERALE. ………………………………………………………………...17 B BI IB BL LI IO OG GR RA AP PH HI IE E. . …………………………………………………………………………...18 Dossier technique Dossier technique Les Fibres optiques Les Fibres optiques Thème d’auton Thème d’autonomie 1999 omie 1999 2 P PA AR RT TI IE E T TH HE EO OR RI IQ QU UE E I) PRESENTION : 1) Introduction. Les supports de transmission dans le domaine des télécommunications, par exemple, fréquemment utilisés sont le fil de cuivre ou le câble coaxial. Ces supports transportent des fréquences qui sont codées. Le codage utilisé est appelé modulation. Nous connaissons quelques types : - modulation de fréquence, - modulation d’amplitude, - modulation de phase. Le nombre de communications utilisées par les uns et par les autres fait que les supports traditionnels sont saturés. De plus, ils sont limités en fréquence pour des raisons technologiques. Il a donc été nécessaire de développer un autre support de transmission : c’est la naissance de la fibre optique. 2) Descriptif. Une fibre optique est un guide d’onde optique à symétrie circulaire schématisé sur la figure 1. Cette onde optique codée a été préalablement converti à partir d’un signal électrique. Toutes les fibres se composent d’un cœ ur et d’une gaine, toutes deux des matériaux transparents en verre ou en plastique. Un revêtement protecteur, en plastique souple, entoure la gaine. Figure 1 :Schéma général d’une fibre optique. Le diamètre du cœ ur et de la gaine varient selon le type d’utilisation. La lumière se déplace au cœ ur de la fibre. Le cœ ur et la gaine sont des matériaux transparents, il est important que l’indice de réfraction du cœ ur, n1, soit supérieur à l’indice de réfraction de la gaine optique, n2. Cette information sera plus amplement développée dans la suite de ce dossier. Dossier technique Dossier technique Les Fibres optiques Les Fibres optiques Thème d’auton Thème d’autonomie 1999 omie 1999 3 II) PRINCIPES PHYSIQUES : Le principe physique majeur qui a inspiré la technologie des fibres optiques est ce qu’on appelle « la réflexion totale interne ». Ceci découle de la loi de la réfraction ainsi que celle de la réflexion. La loi correspondant à ce principe est : la loi de Descartes. Figure 2 : Loi de Descartes. La lumière est une onde progressive qui se propage dans les milieux transparents. Lorsqu’un faisceau lumineux S arrive sur une surface de séparation de deux milieux transparents d’indice de réfraction n1 et n2, il y a simultanément un faisceau réfléchi R1 et un faisceau réfracté R2. Rappel : L’indice de réfraction : Chaque matériau transparent a son indice de réfraction, cette valeur permet d’évaluer la propagation de la lumière dans le matériau considéré. n = C/V C :célérité (300 000 km/s). V : Vitesse de la lumière dans un milieu considéré. Sachant que n sera toujours supérieur ou égal à 1 Loi de la réfraction : Comme le représente la figure 2 i l y a le faisceau R2 qui est réfracté. La relation qui prend en fonction l’angle de faisceau réfracté i2 et l’angle d’incidence i1 est : n1 sin i1 = n2 sin i2 Dossier technique Dossier technique Les Fibres optiques Les Fibres optiques Thème d’auton Thème d’autonomie 1999 omie 1999 4 Loi de la réflexion : Lorsque un faisceau est réfléchi son angle i’ est de même valeur que l’angle d’incidence i1. Voici donc les deux grandes lois générales dont est soumise la lumière lorsque celle-ci parcours des milieux transparents. Examinons maintenant comment s’applique ces lois dans la fibre optique et comment fait-on pour que la réflexion totale interne soit respecté. Car le but de la fibre optique est que l’intensité de lumière émise à l’entrée de celle-ci soit, dans son intégralité, autant que possible retrouvée à la sortie. III) LES DIFFERENTES SORTES DE FIBRES OPTIQUES. 1)Les fibres optiques multimodes. Seuls certains angles conduisent à des modes. Il est évident que la vitesse d’un mode dépend de l’angle. Le terme « multimode » signifie que plusieurs modes peuvent être guidés. Un nombre typique pour une fibre à saut d’indice est de 1000 modes(un mode correspond à un faisceau). a) A saut d’indice. Figure3 : Sur la figure 3 on peut trouver les renseignements suivant : - Les cotations du diamètre de la gaine ainsi que du cœ ur. - L’indice de réfraction. - Un schéma représentant le trajet des faisceau lumineux dans la cœ ur de la fibre, ainsi que les impulsion d’entrée et de sortie. C’est le type de fibre le plus simple, directement issue des applications optiques traditionnelles. Dans cette fibre, le cœ ur est homogène et d’indice n1. Il est entouré d’une gaine optique d’indice n2 inférieur à n1. Ces indices sont peut différent et doivent être de l’ordre de 1,5. Quant à la gaine optique, elle joue un rôle actif dans la propagation, et ne doit pas être confondue avec le revêtement de protection déposés sur la fibre. Le rayon est guidé par la réflexion totale au niveau de l’interface coeur-gaine, sinon il est réfracté dans la gaine. Examinons comment est appliquée la loi de Descartes dans ce type de fibres. Dossier technique Dossier technique Les Fibres optiques Les Fibres optiques Thème d’auton Thème d’autonomie 1999 omie 1999 5 Pour le cas du premier faisceau lumineux(le noir), son faisceau réfracté sera dans le prolongement de la gaine et de la fibre. Donc ce dernier ne sera pas perdu puisqu’il est dans le prolongement du coeur. Le faisceau réfléchi, lui, se propagera dans le coeur. Pour le second, le rouge, du fait que son angle de départ est différent de celui du premier, son faisceau réfracté ne sera plus dans le prolongement de la fibre, par conséquent il va entrer dans la gaine, c’est ici quelle intervient, elle va permettre pour certain faisceau de « récupérer » leurs faisceaux réfractés. La capacité de transmission de ce type de fibre est d’environ 100 Mbits/s. Cette valeur correspond également à la bande passante. On peut également exprimer la bande passante en Mhz*km. Ici pour la fibre à saut d’indice elle est de 22 Mhz*km. Cette capacité est assez faible car chaque rayon doit parcourir une distance différentes. Par conséquent il faut à l’extrémité « attendre » que tous les faisceaux soient arrivés. b) A gradient d’indice Figure 5 : Leur coeur, contrairement aux fibre à saut d’indice, n’est pas homogène. Leur coeur est en fait constituer de plusieurs couches de verres dont l’indice de réfraction est différent à chaque couche et l’indice de réfraction diminue de l’axe jusqu’à la gaine. Le guidage est cette fois dû à l’effet du gradient d’indice. Les rayons suivent une trajectoire d’allure sinusoï dale. La gaine n’intervient pas directement, mais élimine les rayons trop inclinés. L’avantage avec ce type de fibre est de minimiser la dispersion du temps de propagation entre les rayons. La valeur de l’indice décroît selon la loi suivante : Avec : α ) ( . 2 1 . ) ( 1 a r n r n ∆ − = 1 2 1 . 2 ² ² n n n − = ∆ Dossier technique Dossier technique Les Fibres optiques Les Fibres optiques Thème d’auton Thème d’autonomie 1999 omie 1999 6 n1 : Indice de réfraction du coeur. n2 : Indice de réfraction de la gaine. r : distance à l’axe. a : rayon du coeur. α : l’exposant de profil d’indice. La bande passante de ce mode de fonctionnement est de 500 Mbits/s ou de 1 Ghz*km. Cette capacité est plus élevée que celle du saut d’indice car la distance à parcourir des rayons est plus faible, donc ils est possible d’augmenter en fréquence. 2)Les fibres monomodes. Figure 6 : Le but recherché dans cette fibre est que le chemin que doit parcourir le faisceau soit le plus direct possible. Pour cela on réduit fortement le diamètre du cœ ur qui est dans la plupart des cas inférieur à 10µm.(Figure 6) La dispersion modale est quasi nulle. Comme on ne casse pas le uploads/Finance/ les-fibres-optiques.pdf