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1 CHAPITRE -3- Système de transmission par fibres optiques I. Schéma synoptique

1 CHAPITRE -3- Système de transmission par fibres optiques I. Schéma synoptique d’une chaîne de transmissions optiques : Le schéma standard d’une liaison de télécommunication optique est représenté sur la figure (IV.1): Figure IV.1: Liaison de télécommunication optique standard La lumière émise par le signal laser est modulée en amplitude pour coder le message à transmettre : pour un message numérique, ce codage est simplement une série d'allumages/extinctions de la lumière laser pour représenter respectivement les 0 et les 1. La lumière modulée est injectée dans la fibre optique, et va ainsi pouvoir se propager jusqu'à la sortie de la fibre. En sortie, une photodiode détectrice traduit en signaux électriques le message émis. II. Câbles optiques : Il faut faire la différence entre une fibre optique et un câble à fibres optiques. Ce dernier est composé d’un nombre de fibres pouvant aller de 2 à plusieurs dizaines de fibres et ce en fonction des besoins. Le plus souvent dans les réseaux locaux d’entreprise, ce nombre est de 6 à 24. Il faut donc faire un choix sur deux critères principaux :  Les performances des fibres qui supporteront les communications et ce en fonction des données reprises au paragraphe précédent (bande passante, débit, distance).  Le type de câble à poser en fonction de l’environnement, tel que pose en intérieur, en extérieur, en caniveau, sous tube, en enterré, protection contre les rongeurs, retardateur de flamme, … . Il existe deux grands types de câble à fibres optiques :  les câbles à revêtement lâche (figure(IV.2)), préconisés pour la pose horizontale et l’enfouissement direct. Ce câble est constitué de plusieurs tubes contenant chacun plusieurs fibres optiques. ces dernières sont libres au sein du tube. Dans le cas de la construction à structure libre, la fibre est contenue dans un tube plastique dont le 2 diamètre intérieur est sensiblement plus grand que la fibre elle-même. L’intérieur du tube plastique est généralement rempli de gel. Le tube à structure libre isole la fibre des contraintes mécaniques extérieures qui agissent sur le câble. Dans le cas des câbles multifibres, plusieurs de ces tubes, dont chacun contient une ou plusieurs fibres, sont associés à des éléments de renforcement pour maintenir les fibres à l’abri des contraintes et réduire ainsi au minimum l’allongement et la contraction. Ce câble est utilisé pour les liaisons inter-bâtiment. Figure IV.2 : les câbles à revêtement lâche  Les câbles à revêtement serré (figure (IV.3)), dans lesquels une gaine plastique est directement appliquée sur la fibre. La structure serrée offre une protection mécanique et environnementale renforcée à la fibre, ainsi qu’une taille supérieure pour une manipulation aisée ainsi qu’un moyen simple d’ajouter un code couleurs pour identifier la fibre. Ce type d’agencement permet le raccordement direct de connecteur. Figure IV.3 : les câbles à revêtement serré III. Les connecteurs optiques : Ils permettent d'aligner et de coupler mécaniquement les fibres optiques afin que la lumière puisse être transmise. Un connecteur de fibre optique met fin à une fibre optique et permet une connexion et déconnexion plus rapide que le collage. Il existe un très grand nombre de connecteurs (tableau (IV.1)) : 3 ST Straight Tip Les connecteurs ST sont de moins en moins utilisés pour les réseaux optiques en intérieur et extérieur. Les pertes de connexions sont inférieurs à 0,5 (moyenne de 0,3). SC Subscriber Connector ou Standard Connector ou Siemon Connector Les connecteurs SC sont préférés pour les applications de bureau, de TV câblée, de téléphonie câblée et d’applications réseau. De plus, ils offrent à faible coût, la simplicité et la durabilité. FC Ferrule Connector Il est devenu un connecteur de choix dans toutes les fibres monomodes. C'est un connecteur à embout céramique de haute précision. LC Lucent Connector or Local Connector Les connecteurs LC sont des petits connecteurs SC. Ainsi, avec les mêmes propriétés, on peut les placer dans des endroits plus difficiles d'accès. Tableau IV.1 : les différents connecteurs optiques Chaque fois qu'un connecteur est installé sur la fin de la fibre, une perte est créée. Certains de ces rayons de lumière se reflètent directement vers la source lumineuse de la fibre. Ces réflexions, ou perte de rendement optique (ORL), vont endommager les sources de lumière laser et perturbent également le signal transmis. Pour réduire les reflets arrière, on peut polir le connecteur à différentes finitions en fonction du type de la fibre et de l'application. Câblage de la fibre dans une férule : Quel que soit le type de connecteur choisi il faut toujours commencer par insérer la fibre dans un contact appelé férule (figure(IV.4)), généralement en céramique. Cela permet ensuite de manipuler lʼextrémité de la fibre beaucoup plus facilement. Figure IV.4 : câblage de fibre 4 Les étapes du câblage de la fibre dans la férule sont:  Le dénudage de la fibre, pour ne garder que les deux couches actives (la gaine et le cœur).  Le collage de la fibre dans la céramique. La fibre est introduite dans le trou de la céramique dont le diamètre est très précis, ajusté à celui de la fibre.  Le clivage de la fibre à ras de la céramique.  Le polissage de lʼextrémité de la férule. Pour ce faire on utilise des toiles abrasives de grains de plus en plus fins, afin dʼobtenir une surface de fibre parfaitement bien polie, et d’éliminer toutes les particules résiduelles gênantes. IV. Liaisons point à point mono-longueur d'onde : De la même manière que dans le domaine des transmissions radio, la transmission d'informations entre deux points par une fibre optique peut être effectuée selon une modulation, qui est soit analogique (d'amplitude, de fréquence, ou de phase), soit numérique. Dans la très grande majorité des cas, la modulation est de type numérique, par variation directe du courant d'une diode laser ou utilisation d'un modulateur externe. La figure (IV.5) représente une liaison optique numérique sous test à un débit binaire D = 10 Gbits.s-1, point à point et mono-longueur d'onde (λ = 1,55 μm). L'utilisation de cette longueur d'onde est liée aux propriétés de la fibre optique monomode en silice. Figure IV.5 : Exemple de transmission numérique par fibre optique point à point. Le principe de la liaison est le suivant :  L'information est codée en amont. Sur la figure (IV.5), ce codage est illustré par l'utilisation d'un générateur de bits pseudo-aléatoire.  Celui-ci attaque un circuit de modulation rapide, qui module le courant de la diode laser performante (diode laser à cavité de Bragg distribuée : en anglais Distributed Feedback ou DFB). 5  Avant l’existence des amplificateurs optiques, la seule façon de réamplifier le signal était d’utiliser des répéteurs électriques tels qu’il est schématisé sur la figure (IV.6). Il fallait donc :  Démultiplexer les canaux  Détecter avec une photodiode par canal le signal  Amplifier électriquement chaque canal  Convertir chaque canal en signal optique avec un laser par canal  Remultiplxer les signaux On voit bien que plus le nombre de canaux est important et plus le répéteur électrique sera quelque chose de complexe et dont les couts vont s’accroitre. Figure IV.6 : Liaison optique avec des amplificateurs électriques La solution est d’utiliser un amplificateur optique à la place d’un répéteur électrique comme le montre la figure (IV.7). En effet, le signal optique est introduit dans une fibre monomode, puis amplifié optiquement par le biais d'un amplificateur à fibre dopée Erbium (en anglais Erbium Doped Fiber Amplifier ou EDFA (figure (IV.8))), afin d'améliorer le rapport signal à bruit après photo-détection. Figure IV.7 : Liaison optique à amplification optique 6 Figure IV.8 : Photographie d’un amplificateur EDFA existant avec ses caractéristiques IV.1 Amplificateurs optiques : Les amplificateurs optiques sont destinés à amplifier les signaux optiques sans recourir à des solutions optoélectroniques basées sur des conversions de type optique/électronique et électronique/optique (photo-détection, amplification électronique, puis émission laser à la même longueur d'onde à partir du signal amplifié électroniquement). Parmi les amplificateurs optiques, figurent principalement les amplificateurs à fibre dopée Erbium (EDFA, de l'acronyme anglais Erbium Doped Fiber Amplifier), les amplificateurs à semiconducteurs et les amplificateurs Raman. Leur principe repose toujours sur la possibilité d'amplification optique par émission stimulée de lumière, de la même manière que pour les lasers. Nous ne présentons ici que l'amplificateur EDFA, qui occupe une place importante dans les liaisons par fibre, notamment en tant qu'amplificateur de ligne. Un amplificateur à fibre dopée Erbium consiste en une courte section de fibre optique (typiquement quelques dizaines de mètres), possédant une fraction de l'élément terre rare Erbium sous la forme d'ions Er3+. L'amplification optique repose sur la possibilité d'amplification stimulée du signal. Les ions Er3+, insérés dans la matrice amorphe de silice, matériau constituant la fibre optique, présentent un diagramme énergétique simplifié à trois niveaux (figure (IV.9)). Le principe de fonctionnement de l'EDFA est le suivant :  Le signal à amplifier est mélangé à un signal de pompe de forte puissance (de 10 à 200 mW typiquement) grâce à un multiplexeur de longueurs d'onde, et le signal résultant est injecté dans la fibre dopée Er3+. Deux uploads/Ingenierie_Lourd/ cour-communication-optique.pdf