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Université de Tunis Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Tunis جامعة تونس

Université de Tunis Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Tunis جامعة تونس المدرسة الوطنية العليا للمهندسين بتونس Rapport de Projet de Fin d’Année PFA1 1ère année Génie Industriel Présenté et soutenu le 23 Juin 2021 Par ARBI Najla Et MECHERGUI Yasmine Communications optiques Composition du jury Président : M.ESSAIDI Hatem Encadrant : M. AROUI Hassen Année universitaire : 2020-2021 ENSIT 2020/2021 Remerciement On adresse nos remerciements à notre professeur, AROUI Hassen qui nous a encadrés durant la réalisation de ce projet. On remercie également le président de Jury M.ESSAIDI Hatem d’avoir accepté de juger ce travail. Nos remerciements s’adressent à tout le corps enseignant de l’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Tunis pour la qualité de l’enseignement offerte. 2 ENSIT 2020/2021 Table des matières Liste des figures. Liste des tableaux Introduction générale. I. FIBRES OPTIQUES ........................................................................................................................8 1. Introduction ..................................................................................................................................8 2. Les caractéristiques des fibres optiques ......................................................................................8 3. Quelques notions optiques ............................................................................................................9 3.1. Condition de guidage dans une fibre .................................................................................11 3.1.1 Fibre à saut d’indice ...................................................................................................11 3.1.2 Fibre à gradient d’indice ............................................................................................12 3.2 Ouverture numérique d’une fibre......................................................................................13 3.2.1 Principe ........................................................................................................................13 3.2.2 Profil d’indice d’une fibre...........................................................................................14 3.2.3 Fenêtres de transmission ............................................................................................16 3.3 Atténuation/ perte dans une fibre ......................................................................................16 4. Partie de mesure : Fibres Optiques ...........................................................................................19 4.1 Mesure de l’ouverture numérique d’une fibre optique ....................................................19 4.2 Calcule de la variation d’indice ∆n entre le cœur et la gaine...........................................20 4.3 Calcule L’indice de gaine n2...............................................................................................21 4.4 Détermination du profil d’indice .......................................................................................21 4.5 Evaluation des pertes ..........................................................................................................23 II. EFFET ELECTRO-OPTIQUE ....................................................................................................25 2. Généralité ....................................................................................................................................25 2.1 Définitions ...........................................................................................................................25 2.1.1 Cas d’un milieu anisotrope .........................................................................................26 2.1.2 Cas d’un milieu isotrope..................................................................................................27 2.2 Propagation d’une onde plane sinusoïdale.........................................................................27 3. L'effet électro-optique.................................................................................................................30 3.1 Définition .............................................................................................................................30 3.2 Modifications de l'indice de réfraction ..............................................................................31 3.2.1 Effet Pockels.................................................................................................................31 3.2.2 Effet kerr ....................................................................................................................32 3 ENSIT 2020/2021 4. Les modulateurs électro-optiques ..............................................................................................33 4.1 Principe de la modulation ..................................................................................................33 4.2 Modulation électro-optique longitudinale .........................................................................33 4.3 Modulation électro-optique transversale ..........................................................................33 5. Transmission Optique d’un signal Radio ..................................................................................34 Conclusion générale . Bibliographique. 4 ENSIT 2020/2021 Liste des figures Figure 1 : Constituants d’une fibre optique...........................................................................8 Figure 2 : Fibre monomode et fibre multimode.....................................................................9 Figure 3 : Réfraction d’une onde lumineuse.......................................................................10 Figure 4 : Spectre lumineux.................................................................................................11 Figure 5 : Fibre à saut d’indice............................................................................................11 Figure 6 : Propagation de la lumière dans la fibre à saut d’indice......................................12 Figure 7 : Propagation de la lumière dans la fibre à gradient d’indice................................12 Figure 8 : Trajectoire à l’interface cœur/gaine....................................................................13 Figure 9 : Cône d'acceptance...............................................................................................14 Figure 10 : Profil d’indice d’une fibre..................................................................................15 Figure 11 : Signal d’atténuation...........................................................................................16 Figure 12 : Signal de la dispersion chromatique..................................................................16 Figure 13 : Atténuation sur une plage de longueurs d’onde................................................17 Figure 14 : Le phénomène dispersion intermodale.............................................................18 Figure 15 : Pertes de connectique.........................................................................................18 Figure 16 : Les pertes dans une fibre optique......................................................................19 Figure 17 : Montage de l’expérience de la fibre optique......................................................20 Figure 18 : Montage de l’ouverture numérique de la fibre..................................................20 Figure 19 : Profil d’indice....................................................................................................23 Figure 20 : Ellipsoïde de révolution.....................................................................................30 Figure 21 : Effet Pockels......................................................................................................31 Figure 22 : Effet kerr..........................................................................................................33 Figure 23 : Modulation électro-optique longitudinale.........................................................33 Figure 24 : Modulation électro-optique transversal.............................................................34 Figure 25 : Montage de senarmant......................................................................................34 5 ENSIT 2020/2021 Liste des tableaux Tableau I-1 : Mesure de l’ouverture numérique...................................................................................................21 Tableau I-2 : Mesure de la puissance...................................................................................................................23 Tableau I-3 : Mesure des pertes...........................................................................................................................24 6 Introduction générale Les systèmes de communication optique utilisent la lumière (Onde lumineuse) pour transmettre l’information d’un lieu à un autre en des distances de quelques kilomètres à des milliers de kilomètres pour délivrer l’information aux maisons et même l’échange entre les centraux téléphoniques des grandes villes. La fréquence d’une onde de lumière est proche à 200 THz pour 1550 nm de longueur d’onde. Et comme plusieurs canaux des longueurs d’ondes différentes peuvent être multiplexés pour prendre la capacité totale sur cette bande spectrale et cela permettre d’atteindre des transmissions à des Tbits/sec Où cette partie de la bande spectrale est la fenêtre principale qui présente une atténuation faible de la fibre de silice. Des ondes lumineuses modulées sont guidés à travers des FO mono mode sur plusieurs kilomètres et la compensation de la lumière est assurée par l’utilisation des amplificateurs. Le présent rapport présente une synthèse du travail que nous avons mené. Il est organisé comme suit : Le premier chapitre, intitulé " fibre optique " décrit les différents types des fibres optiques et leurs caractéristiques.  Le deuxième chapitre "l'effet électro-optique" présente une méthode de transmission de l’information (signal Radio) par méthode électro-optique. 7 ENSIT 2020/2021 I. FIBRES OPTIQUES : 1. Introduction : Une fibre optique est un fil dont l’âme , très fine, en verre ou en plastique, a la propriété de conduire la lumière et sert pour la fibroscopie, l'éclairage ou la transmission de données numériques. Dans ce chapitre nous allons présenter les types et caractéristiques des fibres optiques ainsi quelques notions optique. 2. Les caractéristiques des fibres optiques : Il s’agit d’un conducteur optique constitué d’un premier milieu, d’indice de réfraction n1 appelé cœur, entouré d’un second milieu, d’indice de réfraction n2 < n1appelé gaine ou manteau. Figure 1 : Constituants d’une fibre optique . Les types des fibres optiques :  fibre monomode.  Fibre multimode. 8 ENSIT 2020/2021 Figure 2 : Fibre monomode et fibre multimode. Les caractéristiques :  Son ouverture numérique;  Son atténuation (db/Km) ;  Sa bande passante (Hz/km). Les avantages :  Transmission large bande, et débits binaires élevés.  Faible sensibilité aux facteurs extérieurs (température, humidité…).  Faible encombrement et faible poids sa bande passante (Hz/km). Les inconvénients :  Difficultés d’adaptation avec les transducteurs optoélectroniques.  Coûts d’exploitation encore élevés et manque de personnel spécialisé. Applications :  Transmissions numériques à haut débit : données informatiques, téléphonie, télécopie, télévision, etc…  Réseaux nationaux et internationaux de télécommunications.  Applications vidéo. 3. Quelques notions optiques : La réfraction :  Considérons deux milieux d’indice différents n1<n2 séparés par une surface plane, le milieu n1 est éclairé par une onde plane monochromatique (0) défini par son vecteur d’onde : 9 ENSIT 2020/2021 ⃗ k 1=2 π λ0 n1 ⃗ u1 Avec ⃗ k 1x= 2π λ0 n1cos ⁡(i1) ⃗ k 1z= 2π λ0 n1sin⁡(i1) ⃗ u1 est le vecteur unitaire suivant la direction d’incidence. L’onde se propage dans le milieu n2 selon l’angle d’émergence i2 avec un vecteur d’onde : ⃗ k 2=2 π λ0 n2 ⃗ u2 Avec ⃗ k 2x= 2π λ0 n2cos ⁡(i2) ⃗ k 2z= 2π λ0 n2sin ⁡(i2) Figure 3 : Réfraction d’une onde lumineuse. Loi de Snell-Descartes : n1sin(i1)=n2sin(i2) Si n2>n1, le rayon s'écarte de la normale i1 > arcsin (n1/n1¿, il y a réflexion totale. 10 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) ENSIT 2020/2021 1.1 3.1.Condition de guidage dans une fibre : Le spectre utilisé dans le cadre de la transmission par fibre optique est : Figure 4 : Spectre lumineux. 3.1.1 Fibre à saut d’indice :  Dans une fibre optique à saut d'indice, l'indice n1 du cœur est constant puis varie brutalement (saut) à l'interface entre le cœur et la gaine pour atteindre une valeur n2 (n2 < n1) constante dans la gaine. Figure 5 : Fibre à saut d’indice.  La condition de guidage dans le cœur est : θ1 ≥ arcsin( n1 n2 ) , sinon, le rayon est réfracté dans la gaine de la fibre.  Soient α max l’angle d’incidence maximal à l’entrée de la fibre et ON l’ouverture du cône d’acceptance (appelée ouverture numérique): ON = sinα max = n1sin (π/2 − θ1lim ⁡) = √(n1 2−n2 2) 11 ENSIT 2020/2021 Figure 6 : Propagation de la lumière dans la fibre à saut d’indice. 3.1.2 Fibre à gradient d’indice : Dans u ne fibre optique à gradient d'indice, le faisceau lumineux est continument dévié vers l'axe optique de la fibre par un effet de focalisation. Les réfractions successives vont avoir tendance à ramener (focaliser) le rayon lumineux vers l'axe optique de la fibre. L’indice du cœur diminue suivant une loi parabolique depuis l’axe jusqu’à l’interface cœur -gaine. La diminution de l'indice fait que la lumière se propage plus vite, ce qui réduit la dispersion intermodale. Figure 7 : Propagation de la lumière dans la fibre à gradient d’indice . Pour que le guidage soit possible, il faut que la trajectoire du rayon lumineux puisse devenir parallèle à l’axe Oz avant d’atteindre l’interface cœur/gaine (sinon, ce rayon passe dans la gaine et est perdu pour le guidage). On définit le paramètre V (fréquence normalisée) avec a : rayon du cœur (V < 2.405 si monomode) et (V < 2.405 si monomode) : 12 ENSIT 2020/2021 V= 2πa λ0 √(n1 2−n2 2) La situation extrême dans laquelle la trajectoire devient tangente à l’interface cœur/gaine constitue la limite inférieure min de  au-delà de laquelle le guidage n’est plus assuré. Cette situation correspond à : βmin=k lim ¿´ ez¿  Soit : βmin=2 π λ0 n2 D’où, un rayon sera guidé en M si uploads/Geographie/ pfa11.pdf