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2016-2017 4IRT – 4ISEM Préparé par: Mme Linda JEDIDI Communication optique 1 Pl

2016-2017 4IRT – 4ISEM Préparé par: Mme Linda JEDIDI Communication optique 1 Plan du cours I. Caractéristiques des fibres optiques I. Avantages/inconvénients II. Indice de réfraction III. Ouverture numérique IV. Longueur d’onde II. Familles des fibres optiques I. Fibre à saut d’indice II. Fibre à gradient d’indice III. Fibre monomodes 2 • Une fibre optique • un fil en verre ou en plastique • très fin • propriété de conduire la lumière • sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. E • débit d'informations nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux. • Transporter de l'information numérique au travers d'une fibre • Utiliser une variation d'intensité lumineuse pour générer un signal binaire • Les niveaux logiques bas du signal binaire seront représentés par une absence de signal lumineux, tandis que les niveaux logiques haut seront détectés grâce à la présence d'un fort signal lumineux au sein de la fibre optique. Caractéristiques des fibres optiques 3 • Des centaines de milliers de kilomètres de fibres optiques sont installés, qui transportent des débits de plus en plus importants. Cette technologie est en passe de remplacer petit à petit les câbles de type ethernet Avantages de la fibre Inconvénients de la fibre •Atténuation plus faible que les signaux électrique •Débit d'information plus grand •Vitesse de propagation élevée •Immunité aux parasites •Diaphonie quasi-nulle •Fibre plus fragile •Technologie assez chère Caractéristiques des fibres optiques 4 La fibre optique est constituée de différentes parties : •Cœur: Confiner l'énergie lumineuse et propager le signal. •Gaine: Aider à la propagation du signal. •Revêtement de protection: protéger la fibre. •Le cœur et la gaine optique sont responsables de la propagation du signal lumineux au sein de la fibre : grâce à la différence d'indice de réfraction des deux milieux Cœur (10 à 85 um) Gaine optique (125 um) Gaine plastique (250 um) Caractéristiques des fibres optiques 5 • La réfraction : le phénomène de changement brusque de direction d'un rayon lumineux lorsqu'il traverse la surface de séparation de deux milieux transparents. • En réalité, lorsqu'un rayon lumineux traverse la surface de séparation de deux milieux (de l'air vers le verre par exemple), une partie du signal lumineux va se retrouver réfracté, tandis qu'une autre sera réfléchie. Caractéristiques des fibres optiques 6 • L'indice de réfraction d'un milieu mesure la densité optique de celui-ci : difficulté de la lumière à se propager dans ce milieu. Avec : C : vitesse de la lumière c1 : vitesse de la lumière dans le milieu 1 Plus la valeur de l’indice est élevée et plus la vitesse de l’onde est faible. matériau indice vitesse en km/s vide 1,000 300000 air 1,0002926 299912 eau(20°C) 1,330 225564 verre au plomb 1,900 157895 Diamant 2,400 125000 cœur fibre 62,5/125 1,500 200000 Caractéristiques des fibres optiques 7 •(a) angle d'incidence normal, et par conséquent d'un angle de réfraction associé •(b) l'angle d'incidence : critique. L'angle de réfraction est maximal, c'est à dire de 90° •(c) Un angle critique supérieur à l'angle critique, on a donc une réflexion totale interne Caractéristiques des fibres optiques 8 Ce principe a été démontré par Descartes, qui a établi la relation suivante : Caractéristiques des fibres optiques 9 L'ouverture numérique d'une fibre • Les relations de réfraction induisent des angles limites qui permettent le guidage du signal lumineux au sein d'une fibre optique. On introduit donc la notion de cône d'acceptance ou encore ouverture numérique d'une fibre. Caractéristiques des fibres optiques 10 • Les rayons lumineux arrivant à l'entrée de la fibre, vont subir différents scénarios en fonction de leur angle d'incidence. 1) le rayon de couleur verte, qui arrive avec un angle supérieur à l'angle d'incidence limite (donc en dehors du cône). Ce rayon ne sera pas guidé de bout en bout à l'intérieur de la fibre, mais sera dispersé dans les premiers millimètres de la gaine de la fibre. 2) le rayon rouge, qui arrive dans la fibre avec un angle d'incidence limite. Il sera lui guidé jusqu'au bout de la fibre, mais avec une direction parallèle à l'axe de la fibre. 3) le rayon bleu, qui entre dans la fibre avec un angle d'incidence inférieur à l'angle limite. Il sera guidé de façon normale, c'est à dire en suivant le principe de réflexion totale interne au sein du cœur de la fibre. • L'ouverture numérique est régie par la formule suivante : Caractéristiques des fibres optiques 11 caractéristique de la lumière • La lumière est une onde électromagnétique qui possède un caractère ondulatoire : possède une certaine fréquence qui lui est propre. • La longueur d'onde s'exprime comme étant la vitesse de l'onde divisé par sa fréquence. : la distance parcourue par l'onde pendant une période définie. Avec : λ : longueur d'onde c : vitesse de l'onde en m/s T : période en s v : fréquence en Hz Caractéristiques des fibres optiques 12 f(t)=Sin(t) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 t en seconde f(x)=Sin(x) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 x en métre Période T = 6,28 s f = 1/T = 0,159 Hz λ = 6,28 m Caractéristiques des fibres optiques 13 14 Longueurs d’onde utilisées pour la fibre optique (situées dans l’invisible) Caractéristiques des fibres optiques 15 • Polychromatique ? Monochromatique ? • la lumière (celle d'une ampoule, ou celle qui nous parvient du soleil) est une lumière dite polychromatique : composée de plusieurs radiations lumineuses de "couleurs" différentes. • Chaque couleur visible par l'oeil humain possède une fréquence précise. Caractéristiques des fibres optiques 16 • En matière d'optique, et surtout de transmission sur fibre optique, les signaux lumineux utilisés sont de type monochromatique. On utilise en effet une seule radiation lumineuse, possédant sa propre fréquence, donc sa propre longueur d'onde (et sa propre vitesse de propagation). Spectre utilisé dans le cadre de la transmission par fibre optique spectre visible 450 750 infrarouge  650 550 Fibre en plastique 850 I fenêtre: systèmes multimodes II fenêtre systèmes multimodes et monomodes III fenêtre systèmes monomodes 1300 1550 longueur d’onde (nm) IV fenêtre systèmes monomodes 1625 Caractéristiques des fibres optiques 17 Caractéristiques des fibres optiques 18 Multi ou Mono ? • Multimode : dans lequel il existe différents modes de propagation de la lumière au sein du cœur de la fibre. • Monomode : dans lequel il existe un seul mode de propagation de la lumière, le mode en ligne droite. La fibre multi mode Mono mode A gradient d’indice A saut d’indices A saut d’indices Familles des fibres optiques 19 • utilisé dans les réseaux locaux de type LAN. • plusieurs modes de propagation de la lumière au sein de son cœur de silice. • très grande variation entre l'indice de réfraction du cœur et de la gaine optique. • rayons lumineux se propagent par réflexion totale interne en "dent de scie". • La fibre à saut d'indice possède un cœur très large. • L'atténuation sur ce type de fibre est très importante : différence des impulsions d'entrée et de sortie. Débit: environ 100 Mbit/s Portée maximale: environ 2 Km Affaiblissement: 10 dB/Km Fenêtre spectrale d’utilisation : 850nm 1330 nm Familles des fibres optiques : Multimode à saut d’indice 20 • aussi utilisée dans les réseaux locaux. • plusieurs modes de propagation coexistent. • il n'y a pas de grande différence d'indice de réfraction entre cœur et gaine. • le cœur des fibres à gradient d'indice est constitué de plusieurs couches de matière ayant un indice de réfraction de plus en plus élevé.=> Ces différentes couches de silice de densités multiples influent sur la direction des rayons lumineux, qui ont une forme elliptique. • un cœur de taille intermédiaire. • L'atténuation sur ce type de fibre est moins importante que sur les fibres à saut d'indice. Débit: environ 1 Gbit/s Portée maximale: environ 2 Km Affaiblissement: 10 dB/Km Fenêtre spectrale d’utilisation 850nm 1330 nm Familles des fibres optiques : Multimode en gradient d’indice 21 • La fibre monomode est la meilleure fibre existante à l'heure actuelle. • C'est ce type de fibre qui est utilisé dans les cœurs de réseaux mondiaux. • Un seul mode de propagation de la lumière : c'est le mode en ligne droite. • La fibre monomode possède un cœur très fin, de la taille d'un cheveux ! • L'atténuation sur ce type de fibre est quasi nulle, c'est ce qui en fait sa force. • Fenêtre spectrale d’utilisation : 1300nm 1550nm Débit: environ 100 Gbit/s Portée maximale: environ 100 Km Affaiblissement: 0,5 dB/Km Familles des fibres optiques : Monomode 22 Fibre à saut d’indice Fibre à saut ou à gradient d’indice Bande passante > 1Ghz Bande passante < 1Ghz cœur < 10 μm cœur = 50, 62,5 ou 100 μm Fibre monomode Fibre multimode Familles des fibres optiques 23 Comparaisons multi mode et mono mode Fibre monomode Fibre multimode A été la première utilisée Facile à utiliser a une bande passante limitée Réservé aux courtes distances Bande passante très élevée Composants chers Elle est la solution universelle pour les longues distances Familles des fibres uploads/Geographie/ communication-optique-familles-des-fibres-optiques.pdf