Remerciez-le!

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

NOTIONS DE BASE SUR LES FIBRES OPTIQUES Dans ce chapitre on va s’intéresser aux

NOTIONS DE BASE SUR LES FIBRES OPTIQUES Dans ce chapitre on va s’intéresser aux fibres optiques, ces dernières constituent un élément essentiel que connait le domaine des télécommunications, car c’est par ce moyen que circule plus de 80% des informations du trafic mondial longue distance. Nous allons présenter d’abord la fibre optique, sa constitution, les conditions de guidage pour l’optique géométrique, ensuite nous présentons les fibres optiques multi modes et monomodes, les fenêtres de transmission ainsi que le processus de fabrication des fibres optiques. 1.1 Intérêt des transmissions par fibre optique La fibre optique demeure l’une des plus grandes avancées technologiques en matière de câblage, puisqu’elle perd tous les désavantages des câbles électriques. Elle constitue donc le support de transmission privilégié, dont les nombreux avantages justifient son introduction dans les systèmes de transmission : Avantage économique: Un moindre coût, en comparaison avec les autres supports de communication et contrairement aux idées reçues, le taux de frais d’entretien d’un réseau à fibre optique est inférieur à d’autres types de câblage. La rentabilité de la fibre optique est certainement un autre avantage, car le réseau optique a un cycle de vie estimé entre 20 ans et 25 ans. Performances de transmission: Très faible atténuation, car la perte du signal sur une longue distance est négligeable. Très large bande passante car les débits sont très élevés et symétriques. Multiplexage possible : Ce qui augmente la capacité de transmission sur les réseaux déjà installés. Avantages et mise en œuvre: Faible poids, très petite taille et grande souplesse. En effet, le poids au mètre est faible, ce qui réduit le poids qu’exercent les installations complexes dans les bâtiments. Sécurité électrique: Isolation totale entre terminaux, utilisation possible en ambiance explosive ou sous de forte tension, cela permet l’installation de ce câble dans les milieux déflagrants ou d’une part le risque d’étincelle est nul, et d’autres parts la mise à la terre n’est pas nécessaire en cas de manifestation de foudre, puisque le câble ne conduit pas l’électricité. 1 Sécurité électromagnétique : En plus de l’insensibilité aux parasites, la fibre optique n’en crée pas non plus. De même, les perturbations radioélectriques n’affectent pas la transmission de l’information (vous ne risquez pas de voir votre image TV brouillée par temps de pluie). Absence de diaphonie : Pour la même raison, le problème de la diaphonie (passage du signal d'un câble à un autre voisin) qui est bien connu dans la communication par câble en cuivre, celle-ci n'existe pas dans les câbles des fibres optiques. 1.2 La fibre optique 1.2.1 Définition La fibre optique est un moyen de communication qui fonctionne par l’envoi de signaux optiques. La fibre a donc la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions de données terrestres et océaniques. Elle offre un débit d’information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux, et supporte un réseau large bande par lequel peuvent transiter aussi bien la télévision, le téléphone et les données informatiques. 1.2.2 Constitution La fibre optique est constituée de trois éléments : a) Le cœur (core): sert à la propagation des rayons lumineux, c’est un milieu diélectrique en (silice), d’indice de réfraction nc b) La gaine (cladding): entourant le cœur et constituée d’un matériau d’indice de réfractionng, légèrement inférieur à nc. c) Le revêtement (coating) : entourant la gaine et constitué d’un matériau plastique, chargé de protéger la gaine optique des dégradations physiques, figure (1.1). Figure (1.1) : Structure d’une fibre optique La fibre optique utilise le principe de guide d’onde. Il s’agit d’un guide optique fondé sur les propriétés réfractives de la lumière. 2 1.2.3 Notions importantes d’optique géométriques 1.2.3. a) Indice de réfraction N’importe quel milieu de propagation est caractérisé par trois paramètres : La permittivité notée ε (ε=ε 0 ε r) [F/m] La perméabilité notée μ (μ=μ0μr) [H/m] La conductivité notéeσ[Ω-1/m : siemens/m] On définit l’indice de réfraction n du milieu, il est donné par l’expression suivante : n=¿rε r¿ 1/2 1.2.3.b) Vitesse de propagation L’indice de réfraction n permet de déterminer la vitesse de propagation de l’onde dans un milieu. Cette vitesse est donnée par la relation suivante: V=C/n où : C : Vitesse (Célérité) de la lumière dans le vide. 1.2.3.c) Rayon optique Dans la fibre, l’onde qui se propage est une onde électromagnétique, elle a les caractéristiques suivantes: Un champ électrique⃗ E, un champ magnétique ⃑ H et une direction de propagation. En optique géométrique, on définit le rayon optique comme étant la trajectoire de l’onde et qui correspond à la direction du vecteur d’onde. Il est d’usage de présenter la lumière par des rayons géométriques. 1.2.3.d) Loi de Snell Descartes Elle exprime le changement de direction d’un faisceau lumineux lors de la traversée d’une paroi séparant deux milieux où chaque milieu est caractérisé par sa capacité à ralentir la lumière. 3 Le passage d’un milieu d’indice n1 à un milieu d’indice n2 (n1<n2), par un rayon lumineux ayant un angle d’incidence i1est donné par : n1sini 1=n2sin i2 Avec: i1 : angle d’incidence, angle que fait le rayon avec la normale du plan. i2 : angle de réfraction, n : indice de réfraction d’un milieu transparent. 1.2.4 Paramètres caractéristiques de la fibre optique La fibre optique est souvent décrite par deux paramètres qui sont: la différence d’indice normalisée et l’ouverture numérique. 1.2.4.a) Différence d’indice normalisée Elle définit la différence entre l’indice de réfraction du cœur et celui de la gaine. Appelé aussi l’écart relatif, son expression est donnée par : ∆=nc−ng nc 4 1.2.4.b) Ouverture numérique L’ouverture numérique est un paramètre important pour coupler une grande quantité de lumière. Elle est symbolisée par ‘ON’. (NA : Numerical Aperture) En optique géométrique, on introduit la notion du cône d’acceptante, ou encore l’ouverture numérique. La formule de l’ouverture numérique va donc permettre de définir l’angle d’incidence limite permettant le guidage du signal lumineux.  Expression de l’ouverture numérique Soit une fibre optique de rayon a, θ étant l’angle que fait le rayon lumineux avec l’interface air/fibre. Figure (1.2) : Présentation d’une coupe de Fibre optique  En appliquant la loi de Snell Descartes, sur la figure (1.2) qui représente une coupe de la fibre optique, on aura alors : n1sin θ=ncsin β (1.1) L’angle β ¿(π /2 –i) , et comme : n1=1(indice de réfraction de l’air), donc la formule (1.1) devient alors : sin θ=nccosi (1.2) Pour que la réflexion totale se produise entre les deux milieux (cœur-gaine), il faut que l’angle i soit supérieur à un angle critique ic ; 5 L’angle critique est défini comme étant l’angle pour lequel le rayon est réfracté parallèlement à la gaine, ce qui permet d’écrire : nc sin(ic)=n gsin(π/2) (1.3) En remplaçant cosi par√1−sin 2ic et sin i par son expression de (1.3) ; la formule (I.2) devient alors: sin(θ max)=nc √1−(nc/ng)2 (1.4) Par définition l’ouverture numérique est donnée par : sin(θ max)=ON , Avec : ON=√nc 2−ng 2 (1.5) L’angle limite permettant d’accepter la lumière, appelé aussi angle d’acceptante dans la région du cœur est donné par : 2θmax=arcsin ON(1.6) Figure (1.3) : Angle limite et cône d’acceptante pour une fibre optique La figure (1.3) résume les différents cas possibles d’incidence :  Un rayon qui arrive avec un angle supérieur à l’angle d’incidence (en dehors du cône), ne sera pas guidé de bout en bout à l’intérieur de la fibre optique, mais il sera dispersé dans la gaine.  Le rayon qui arrive avec un angle limite, sera guidé jusqu’au bout de la FO, mais avec une direction parallèle à l’axe de la FO. 6  Le rayon qui rentre avec un angle inférieur à l’angle limite, sera guidé de façon normale (en zigzag) et en suivant le principe de réflexion totale interne au sein du cœur de la FO. L’ouverture numérique pour les fibres télécoms est comprise entre 0.1 et 0.6. 1.2.5 Condition de guidage Le guidage de la lumière dans le cœur ne pourra se faire que si : voir figure (1.4)  L’indice de réfraction du guide doit être légèrement supérieur à celui de la gaine.  Tous les rayons qui pénètrent dans la fibre optique sous un angle d’incidence inférieur à l’angle critique, peuvent se propager dans cette fibre par suite de multiples réflexions. Figure (1.4) : Réflexion totale interne dans le cœur de la fibre optique 1.3 Propagation de l’onde dans les fibres optiques Dans la Fibre optique, l’onde est guidée par des réflexions totales internes et on peut la représenter par des modes de propagation qui sont les fibres multi modes et les fibres monomodes. 1.3.1 Fibres optiques multi modes (MMF : Multi Mode Fiber) 7 Ce sont les premières à avoir été découvertes et mises en place. Comme leur nom l’indique, ces fibres peuvent transporter plusieurs modes, à savoir plusieurs trajets lumineux où les propagations différentes sont possibles au cœur de la fibre. Le diamètre du cœur des fibres multi modes est de l’ordre de 50-62.5µm pour les fibres de silice et de 0.5 à 1mm pour les fibres en plastique. Les fibres multi modes permettent la propagation de uploads/Geographie/ partie1notions-de-base-sur-les-fibres-optiques.pdf