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اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاطﯿـﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿــﺔ République algérienne démocratique e

اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاطﯿـﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿــﺔ République algérienne démocratique et populaire وزارة اﻟﺘـﻌﻠﯿــﻢ اﻟﻌﺎﻟـﻲ و اﻟﺒﺤــﺚ اﻟﻌﻠﻤــــﻲ Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique اﻟﻤﺮﻛﺰ اﻟﺠﺎﻣﻌﻲ ﻟﻌﯿﻦ ﺗﻤﻮﺷﻨﺖ Centre Universitaire Belhadj Bouchaib d’Ain-Temouchent Institut de Technologie Département de Génie Electrique Projet de fin d’études Pour l’obtention du diplôme de Master en : Domaine : SCIENCE ET TECHNOLOGIE Filière : Génie électrique Spécialité : Génie de Télécommunication Thème Présenté Par : 1) Dahoua Malika 2) Mellal Hafida Devant les jurys composés de : Mr Benmmoussat chems eddine MCB Président Mr Debbal Mohamed MCB Encadrant Mme Ferouani Souhila MCB Examinateur Année universitaire 2016/2017 Technique de modélisation des fibres microstructurées (BPM) Remerciement Remerciements Notre premier remercîment va à Allah le tout puissant. Nous tenons a exprimé notre profonde gratitude à Monsieur « Debbal Mohammed» notre encadreur pour sa disponibilité et sa gentillesse et nous le remercions aussi d’avoir suivi, guidé soutenu et fait confiance a notre travail. Nous remercions également monsieur « BenmmoussatChemseddine » d’avoir accepté de présider le jury ainsi qu’à madame « FerouaniSouhil» d’avoir accepté d’examiner ce travail et faire partie de ce jury. Nous tenons à remercier vivement tous nos professeurs qui nous ont encadrés pendant nos années de formation. Dédicace Je profite de cette occasion qui m’est donnée pour adresser mes sincères remerciements à Ma chère mère qui est à la base de tous, et pour lui dire que sans elle je ne serai jamais arrivé là, sans son amour, son infini patience et ses valeureux conseils. Sans oublier bien sur ma chère grande mère pour sa bénédiction. Et à l’ occasion de la naissance de ma fille « lina » le 15 mai 2017 je remercie allah de ce beau cadeau qui me donne du courage pour ma soutenance Enfin je n’oublie pas mes amies qui étaient présente pour moi : Fatima, Imen, chourok, amina son oublié ma binômemalika et son père. Mellal Hafida Dédicace Je remercie en premier lieu, ALLAH le plus puissant qui a bien voulu nous donner la force et le courage pour effectuer le présent travail. Je dédié ce travail et mon profonds gratitudes a : Mon père Ahmed, et à ma mère Nacera pour l’éducation qu’ils nous ont donné, avec tous les moyens et au prix de toutes les sacrifices qu’ils ont consentis à nos égards, pour le sens du devoir qu’ils nous ont enseignés depuis l’enfance. A mes sœur et mes frère Nawal, Mohamed, Ibtissem, Ali, Kamel, Zineb, Imane, et sans oublier le mari de ma sœur Bouabdellah et ses deux enfants Israe et Abdelkhalak. A ma chère cousine kheira qui a eu la patience de me supporter durant ce mémoire, et qui m'a soutenu et encouragé. A mon encadreur « Debbal Mohammed». A mes amies Zahra, Ilham, Mounia, Hanane, Kaltoum, Amina, Chourouk, Fatima, Fatiha, Asmaa. A ma tante Aïcha et sa famille. A mes chers enseignants. Je remercie les membres de jury qui nous ont fait l’honneur de présider et d’examiner ce modeste travail. Et bien sûr ma binôme Hafida et sa mère. Dahoua Malika Résumé Résumé : Des fibres nouvelle génération sont arrivées aujourd’hui à maturité et permettent d’envisager une amélioration des performances des composants fibres pour les télécommunications optiques, ou bien dans le domaine de la métrologie optique. C’est donc pour apporter une contribution à l’évaluation des apports des FMAS aux télécommunications optiques que les travaux de ce mémoire ont été engagés. Le but de ce travail est consacré à la description des outils de simulation utilisés pour la modélisation des FMAS « fibres de microstructurées air/silices », avec une étude détaillée sur la technique Beam Propagation Méthode (BPM). Nous avons cherché dans un premier temps une technique de modélisation simple à mettre en œuvre permettant de simuler correctement la propagation dans les FMAS. Après plusieurs tests, il s’est avéré que la méthode vectorielle est plus précise et plus efficace que les méthodes basées sur la FFT-BPM basées sur la transformée de Fourier rapide. Mot clé :Fibre microstructurée air-silice, Télécommunication optique, Méthodes de modélisation numérique. Résumé Abstract: New generation fibers have now reached maturity and allow for an improvement in the performance of fiber components for optical telecommunications, or in the field of optical metrology. It is therefore to contribute to the evaluation of the contributions of the FMAS to optical telecommunications that the work of this brief has been initiated. The purpose of this work is to describe the simulation tools used for the modeling of FMAS "microstructured air / silica fibers", with a detailed study on the Beam Propagation Method (BPM) technique. We first sought a simple modeling technique to implement correctly to simulate propagation in FMAS. After several tests, it was found that the vector method is more accurate and efficient than the FFT-BPM methods based on the fast Fourier transform. Key word:Microstructured air-silica fiber, Optical telecommunication, Numerical modeling methods. Table des matiére Table des matières Introduction générale…………………………………………………...................................... 1 Chapitre I: La fibre optique conventionnelle. I .Introduction………………………………………………………………………………... 3 ΙΙ.Définition d’une fibre optique…………………………………………………………….. 3 ΙΙΙ.Principe du guidage par l’optique géométrique…………………………………………... 4 ΙV.Les types de fibre optique………………………………………………..………………...6 IV.1.Fibre monomode……………………………………………………………..…….…. 6 IV.2.Fibre multi-mode……………………………………………………………….…...… 6 IV.2.1Fibres à saut d'indice……………………………………………………………..….. 6 IV.2.2Fibres à gradient d'indice……………………………………………………………. 7 V. Fabrication d’une fibre optique…………………………………………………….……. 7 V.1.Fabrication de la préforme par la méthode CVD (dépôt chimique en phase vapeur)….. 8 V.2.Etirage de la préforme………………………………………………………………...… 9 VΙ. Les applications de la fibre optique…………………………………………………… 10 VΙ.1.Les télécommunications………………………………………………………………...10 VΙ.2.La médecine…………………………………………………………….........................10 VΙ.3.l'éclairage…………………………………………………………………………….. 11 VΙΙ.Les propriétés et les caractéristiques…………………………………………………. 11 VΙΙ.1.L’atténuation…………………………………………………………………………..11 VΙΙ.2.Les dispersions dans les fibres optiques……………………………………………….12 VΙΙ.2.1.Dispersion intermodale………………………………………………………………12 VΙΙ.2.2.Dispersion de polarisation……………………………………………………………13 VΙΙ.2.2.Dispersion chromatique....………………………………………………………...….14 VΙΙΙ.Les avantages et les inconvénients de la fibre………………………………...………...16 Table des matiére Chapitre II: La fibre microstructurée. I. Introduction……………………………………………………………………………….. 17 II. Définition de la Fibres optiques microstructurée……………………………………… 17 III. Les types du guidage de la FMAS…………………………………………………….….18 III.1.FMAS à Bande Interdite Photonique (BIP)………………………………………..…...18 III.2.FMAS à Réflexion Totale Interne Modifiée (RTIM)………………………….…...…..19 IV. Les types de la FMAS…………………………………………………………….…..…. 20 V. La Fabrication de la FMAS………………………………..................................................22 VI. Les principales contraintes et paramètre de fabrication………………………………... 23 VII. Les avantage et les applications de FMAS………………………………………….... 24 VII.1.FMAS à cœur creux…………………………………………………………….….. 24 VII.2. FMAS à cœur plein…………………………………………………………..…....... 25 VII. Les propriétés…………………………………………………………………….…… 26 VII.1.Des fibres infiniment monomodes……………………………………………….…... 26 VII.2.L’indice effectif de gaine………………………………………………………….… 28 VII.3.Dispersion Chromatique………………………………………………………..…... 30 VII.4.Les pertes…………………………………………………………………………..…..32 IX. Conclusion……………………………………………………………………………..... 33 Chapitre III : Méthode de modélisation. I. Introduction……………………………………………………………………….……. 34 II. Méthodes des éléments finis (FEM)……………………………………………….…... 34 III. Méthode des faisceaux propagés (BPM)…………………………………………………36 IV. Méthode des différents finis (FDTD)……………………………………………………36 V. Méthode des ondes planes(PWE)……………………………………………………….....39 VΙ. Méthodes multipolaire(MM)…………………………………………………….…...… 39 VΙΙ. Conclusion……………………………………………………………………….……. 42 Table des matiére Chapitre IV : Application de la méthode du faisceau propagé (BPM) pour l’étude des microstructures I. Introduction……………………………………………………………………….……… 43 II. Les principes de base de la méthode BPM……………………………………….……... 43 II.1.BPM Scalaire, paraxiale…………………………………………………………...…. 45 II.2. Solution numérique et conditions aux limites ……………………………………..… 47 II.3. BPM Vectorielle...…………………………………………………………………..….48 II.4. BPM grand-angle………………………………………...………………………….…49 II.5.utilisation du BPM a grand angle……………………………………………..……… 50 II.6. Méthode de transformation de Fourier rapide (FFT-BPM)……………….….………54 II.7. BPM basée sur les différences finies (FD-BPM)………………………….….………56 III. Application de la méthode BPM sur les fibres microstructurées……………………. 56 III.1.Indice effectif…………………………………………………………………..…...57 III.2.Variations du pas de modélisation…………………………………………….… 60 III.3.Variations des méthodes de modélisation…………………………………….……62 III.4.Puissance du signal optique injecté dans une fibre photonique……………..……..66 IV. Conclusion…………………………………………………………………………..70 Conclusion général………………………………………………………………….. 71 Références Bibliographique Liste des figures Chapitre I Fig.Ι.1: Structure d’une fibre optique………………………………………………………...3 Fig.Ι.2:la relation de snell-descartes…………………………………………………………..4 Fig.Ι.2:Guidage par réflexion totale interne dans une fibre conventionnelle (à saut d’indice).4 Fig.Ι.3: La fibre monomode…………………………………………………………………...5 Fig.Ι.4: La fibre à saut d'indice………………………………………………………………..6 Fig.Ι.5: La fibre à gradient d'indice……………………………………………………………7 Fig.Ι.6: Fabrication de préforme par le procédé MCVD. a) dépôt. b) rétreint………………8 Fig.Ι.7: Schéma d’une tour de fibrage…………………………………………………………9 Fig.Ι.8: Atténuation spectrale d’une fibre optique G.652……………………………………11 Fig.Ι.9: Représentation des modes dégénérés du mode LP01……………………………….12 Fig.Ι.10: Dispersion chromatique d’une fibre standard en fonction de la dispersion de vitesse de groupe……………………………………………………………………………...15 Chapitre II Fig.II.1: Schéma dispersif d’une fibre microstructurée……………………………………...18 Fig.II.2: Schéma descriptif de propagation de la lumière dans une fibre à bande interdite photonique…………………………………………………………………………………….19 Fig.II.3: Schéma descriptif de la propagation par réflexion totale interne dans une fibre microstructurée cœur plein……………………………………………………………………20 Fig.II.4: Différents types de fibres microstructurées…………………………………………21 Fig.II.5 : Fabrication des FMAS……………………………………………………………..23 Fig.II.6 : Exemple de réalisation d’une FMAS à deux cœurs………………………………………………………………………………………….23 Fig.II.7 : Illustration de l’influence des paramètres optogéométriques sur la Fréquence normalisée V des modes guidés. Lorsque le paramètre V est inférieur à 2.405(ligne horizontale rouge), le guide est monomode…………………………………………………..26 Liste des figures Fig.II.8: (a) Cellule élémentaire du cristal photonique de la gaine optique. (b) Distribution du champ électrique de son mode fondamental………………………………………………….29 Fig.II.9 : Courbes de la fréquence normalisée ܸ ௘௙௙en fonction de ܽ௘௤/λ= 0,64Λ/λ pour 6 fibres à trous : Λ= [2,5 ; 5] µm ; d/Λ. = [0,1 ; 0,2 ; 0,3]……………………………………..30 Fig.II.10: Variation de la dispersion chromatique en fonction des paramètres géométriques de la FMAS……………………………………………………………………………................32 Chapitre III Fig. III.1: Domaine ષ, sous-domaines Ωi et bord ૒ષ…………………………………..........34 Fig III.2: Répartition transverse du champ éléctrique dans une FMAS avec les paramétres d/Λ = 0.46 et Λ = 8µm……………………………………………..........................................35 Fig III.3 : Le système de maillage de plusieurs sous-domaines…………………………......36 Fig III.41 : Maillage de “Yee”…………………………………………....................................37 Fig III.5 : Le mode fondamental en utilisant la technique FDTD…………………................37 Fig III.6 : Contoursdu champ électriquetransversedu mode fondamentalàλ= 1,5µm………38 Fig III.7 : Contoursde la uploads/Geographie/ technique-de-modelisation-des-fibres-microstructurees-bpm.pdf