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LA FIBRE OPTIQUE L’utilisation des liaisons optiques dans le transport de l’inf

LA FIBRE OPTIQUE L’utilisation des liaisons optiques dans le transport de l’information INTRODUCTION L’étude de la fibre optique revête une importance capitale car il nous permet de connaitre et de comprendre la performance d'une liaison optique proposant de transporter simultanément de la parole téléphonique, des données informatiques et des applications multimédias à haut débit, sur un support de transmission capable de minimiser l'intégration de ses services et offrir un filtrage ultra sélectif. PROBLEMATIQUE • Quel est le principe de fonctionnement la fibre optique ? • Quel sont les types de fibres optiques ? • Quel sont les limites de la performance du transport par la fibre optique ? PLAN I. Rappel des propriétés de la lumière dans le cadre de l’optique géométrique. 1. L’indice de milieu. 2. La réflexion de la lumière. 3. La réfraction de la lumière. II. structure et types de la fibre optique. 1. Constitution d'une fibre optique. 2. Les deux types de la fibre optique. 3. Principe de guidage de la lumière dans la fibre optique. III. Les limites de la performances de la fibre optique. 1. L’atténuation : 2. Les dispersions : 3. La bande passante : Conclusion I. Rappel des propriétés de la lumière dans le cadre de l’optique géométrique 1. L’indice de milieu Un matériau se caractériser par l’indice n qui est : L’indice n est toujours supérieur à 1. Cela s’explique par la relation suivante : 2. La réflexion de la lumière. La deuxième loi de Snell-Descartes : loi de la réflexion : θ1=θ2 ou θ1=-θ2 3. Réfraction de la lumière. Troisième loi de Descartes-Snell : loi de la réfraction Lorsque n2 < n1, il existe un angle limite d'incidence, calculer par : Sin(ilim ) = n2 / n1 Illustration graphique : C’est ce principe qui est utilisé dans les fibres optiques. II . Structure et types de la fibre optique 1. Constitution d'une fibre optique • Le cœur : de diamètre compris entre 10 à 85µm selon le type de fibre. On note l'indice du cœur de la fibre n1. • La gaine : a un indice de réfraction n2 inférieur à celui du cœur. Cette différence d'indice va permettre de guider la lumière dans le cœur de la fibre • L’enveloppe de protection : assure la protection de la fibre optique. Et joue un rôle d'isolateur contre le milieu extérieur (pluie, orage, humidité...). 2. Classification des fibres optiques : Classification des fibres optiques selon le matériau, le mode de propagation et le profil d’indice. Les fibres à saut d’indice (débit 50 Mb/s), l’indice de réfraction du cœur est homogène. Les fibres à gradient d’indice (débit 1 Gb/s), l’indice de réfraction du cœur décroît transversalement vers la gaine. En fonction du diamètre du cœur, on distingue :  Fibre multimode : le diamètre du cœur est d’environ 50μm, différents modes de propagation de la lumière au sein du cœur de la fibre  Fibre monomode : faible diamètre du cœur 10μm. La propagation de la lumière et homogène ne subit pas beaucoup de perturbation, la bande de peut atteindre plusieurs dizaines de GHz Comparaison des diamètres du cœur, de la gaine et de la propagation du signal pour les fibres multimodes et monomodes 3. Principe de guidage de la lumière dans la fibre optique : A l'interface cœur-gaine, on obtient une condition sur l'angle d'incidence que doit avoir la lumière, pour rester confinée dans le cœur ou n1 c’est l’indice de cœur et n2 l’indice de la gaine Le rayon lumineux subit encore une réfraction au passage de l'air (qui est d’indice n≈1) vers le cœur à son entrée dans la fibre. En appliquant une fois de plus les lois de la réfraction, on obtient: •D’où l’angle limite pour que la lumière rentre dans la fibre et soit guidée : θL : s’appelle encore l’angle d acceptance III. Limites de performances de la fibre optique 1 . L’atténuation: La puissance des ondes électromagnétiques décroît avec la longueur L de la fibre en fonction de l’atténuation α . A la sortie, on aura une puissance vérifiant la relation suivante : Origines de l'atténuation du signal dans les fibres optiques : Pertes intrinsèques : Pertes par absorption moléculaire : dues à l’absorption des rayons optiques par la silice et les impuretés qu’ elle contient Les irrégularités involontaires de structure : provoquent des pertes par diffusion (diffusion Rayleigh). Pertes extrinsèques : dépendent du couplage fibre-fibre(soudage) ou fibre-composants. Les pertes dues aux conditions d'utilisation des fibres. Les courbures trop serrées. Les micro-courbures dues au conditionnement des fibres dans les câbles.  Les jonctions entre les fibres peuvent provoquer une perte de raccordement. • La longueur d’onde des rayon électromagnétiques :L’atténuation du matériau est très petite par rapport à la longueur d’onde d’environ 1300nm. • I II III - fenêtres de transmission • A - diffusion de Rayleigh • B - absorption dans les ions hydroxyles • C - absorption dans l'ultraviolet • D - absorption dans l'infrarouge • E - dissipations de guides d'onde 2. La dispersion La dispersion d’un signal optique entraine un élargissement des impulsions. On distingue trois types de dispersion : Dispersion chromatique : c’est la combinaison de deux types de Dispersion : la dispersion du matériau et la dispersion du guide d’onde : La dispersion du matériau : Causée par la dépendance de l’indice de Réfraction de la longueur d’onde des ondes électromagnétique. suivant la loi de Cauchy on a : a et b sont des constantes positives . illustration graphique: La dispersion totale est la somme des dispersions due au matériau et la dispersion du guide: Dispersion intermodale :L’ensemble des retards entre les différents rayons composants le signal lumineux entraine en réception une distorsion du signal électrique. avec : - tmax est le temps de parcours du mode le plus lent. - tmin est le temps de parcours du mode le plus rapide  Dispersion de polarisation : due à la biréfringence de la fibre, entrainant une déformation des impulsions lumineuses. Pour compenser la dispersion de polarisation de la fibre, il faut la mesurée avant son installation. 3. La bande passante : En informatique la bande passante est la mesure de la vitesse à laquelle les données transmises. La bande passante totale (BT) est l’effet conjonctif des deux phénomènes de dispersion modale et chromatique, permet de stabiliser la fréquence maximale transmissible en ligne. La bande totale est définie par l’expression : Bm : Bande résultante de la dispersion modale Bc : Bande dérivante de la dispersion chromatique -Dans les fibres multimodes, la bande totale dépend de la bande modale, et s’écrit comme suit : BT = Bm …. -Dans la fibre monomode, la bande totale dépend de la bande chromatique donc : BT = Bc…. Bande modale : la bande modale (Bm) d’une liaison en fibre optique est calculé comme suit : Bmo: Bande modale par unité de longueur. L : Longueur de la liaison optique. ɣ : Facteur de concaténation des modes, il renseigne sur le degré de couplage. Bande chromatique : plus la largeur du spectre lumineux de la source est large, plus La dispersion chromatique est importante. Pour cela on doit en tenir compte la valeur de la bande chromatique BC. ∆λ : Largeur spectrale de la source à mi- amplitude. L : Longueur de la liaison optique. μ : Coefficient de dispersion chromatique. CONCLUSION Bien que sa vitesse élevée et sa grande bande passante, la fibre optique présente certains inconvénients tel que : L’utilisation de la fibre optique est limitée. au sol à l’exception dans certaines utilisations aériennes sur des poteaux.  coût élevé. Fragilité . Distance : la distance entre l’émetteur et le récepteur doit rester courte. Ces inconvénients et les limites de performance sont surement des sujets de recherches scientifiques pour optimiser le fonctionnement et l’utilisation de la fibre optique autant que support de transport de l’information. uploads/Geographie/ la-fibre-optique 1 .pdf