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Fib O i Fibres Optiques 1 Introduction Introduction La technologie des fibres o

Fib O i Fibres Optiques 1 Introduction Introduction La technologie des fibres optiques s'est considérablement développée avec l'arrivée des réseaux et d'internet. Le développement des fibres optiques en tant qu'outil de communication découle directement de la demande croissante d'échanges de données rapides entre les différents utilisateurs et entreprises. Les avantages des fibres optiques : Transmission Atténuation faible ; grande bande passante Installation Taille faible ; faible poids ; grande souplesse Sécurité Isolation ; absence de perturbation ; p Coût Plus faible que le cuivre 2 Avantages de la fibre optique Faible atténuation Portée importante Bande passante large Services Large bande Services Large bande Immunité aux Interférences Matière première disponible Câbl lé f ilité Câble léger – pose facilitée Coût moins élevé que le q Cuivre Un câble est donc normalement fait de trois couches concentriques. ‐ La première, le cœur, est une fibre de silice de près de 100 micromètres de diamètre qui permet la propagation des faisceaux. ‐La deuxième, la couche de confination ou gaine optique, n'est qu'une couche de verre La deuxième, la couche de confination ou gaine optique, n est qu une couche de verre de moindre densité que le noyau, permettant la confination des rayons dans le noyau. La troisième couche est une enveloppe protectrice pour absorber les chocs et les ‐La troisième couche est une enveloppe protectrice pour absorber les chocs et les dommages. G i ti Propriétés d’une fibre optique ? Manteau de protection (polymère) r Gaine optique (indice n2<n1) Cœur (indice n1(r)) b a 0 u ¾ Principe général de guidage : réflexion totale interne à l ’interface cœur gaine ¾ Matériaux constitutifs : silice pure ou dopée (Al, Ge, P, B, F), verres fluorés polymères silice/polymère cœur-gaine verres fluorés, polymères, silice/polymère, ... ¾ Paramètres opto-géométriques : di èt d t d i - diamètres de cœur et de gaine - profil d ’indice (saut, gradient, ... ) ¾ Grandeurs caractéristiques : ¾ Grandeurs caractéristiques : - Ouverture numérique - Fréquence spatiale normalisée - Fréquence spatiale normalisée Chaîne de communication Optique Le transceiver optique convertit les impulsions électriques en signaux optiques véhiculés au coeur de la fibre. A l'intérieur des deux transceivers partenaires, les signaux électriques seront traduits en impulsions optiques par une LED et lus par un phototransistor ou une photodiode. L é ili é d i Les émetteurs utilisés sont de trois types: - Les LED Light Emitting Diode qui fonctionnent à 850nm. L di d à i f i é tt t d l'i i ibl à 1300 - Les diodes à infrarouge qui émettent dans l'invisible à 1300nm. - Les lasers, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d'onde est 1300 ou 1550nm est 1300 ou 1550nm. Spectre électromagnétique Les types des fibres optiques Fibres Optiques à Saut d’Indice Fibres Optiques à Saut d Indice G i 1.La structure de guidage : Gaine nn(r) nn1 nn2 Coeur à saut d’indice 1 ‐ C’est le type le plus utiliser. Il est constitué d’un cœur cylindrique homogène d’indice n entouré d’une gaine ‐ Il est constitué d un cœur cylindrique homogène d indice n1 entouré d une gaine extérieure homogène d’indice n2. 2. Ouverture numérique La condition de guidage dans le cœur est donc pour les rayons cœur est donc, pour les rayons méridiens : 2 n ≤θ θ 1 2 c n arccos = ≤θ θ N O n sin sin = = θ θ On appelle Ouverture Numérique, la quantité N O n c ACC . sin sin 1 = = θ θ On a alors 2 2 2 1 n n N . O − = Ouverture Numérique d’une FSI Fibres Optiques à Gradient d’Indice Fibres Optiques à Gradient d Indice 1.La structure de guidage : ‐ Le modèle de la fibre à Gradient d’Indice est une tige diélectrique inhomogène (cœur) entourée d’un milieu extérieur homogène (gaine) (cœur), entourée d un milieu extérieur homogène (gaine). ‐ Le modèle considéré suit une distribution d’indice en loi de puissance : p ⎪ ⎪ ⎧ ≤ ⎥ ⎤ ⎢ ⎡ ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ − a r pour r 2 1 n 2 / 1 g Δ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ > ≤ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎣ ⎟ ⎠ ⎜ ⎝ − = a r pour n a r pour a 2 1 . n ) r ( n 2 1 Δ ⎩ p 2 r étant la distance à l’axe (o,z) ) si ( 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 n n n n n n n n n << − − ≈ − = Δ et 2 1 1 n n Fibres Optiques à Gradient d’Indice Fibres Optiques à Gradient d Indice 1.La structure de guidage : ‐ Le modèle de la fibre à Gradient d’Indice est une tige diélectrique inhomogène (cœur) entourée d’un milieu extérieur homogène (gaine) (cœur), entourée d un milieu extérieur homogène (gaine). ‐ Le modèle considéré suit une distribution d’indice en loi de puissance : p ⎪ ⎪ ⎧ ≤ ⎥ ⎤ ⎢ ⎡ ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ − a r pour r 2 1 n 2 / 1 g Δ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ > ≤ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎣ ⎟ ⎠ ⎜ ⎝ − = a r pour n a r pour a 2 1 . n ) r ( n 2 1 Δ ⎩ p 2 r étant la distance à l’axe (o,z) ) si ( 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 n n n n n n n n n << − − ≈ − = Δ et 2 1 1 n n Remarques ¾ Dans le cœur, tous les points situés sur une même droite parallèle à l’axe (o,z), présentent les mêmes caractéristiques physiques (indice de réfraction constant). Par contre, l’indice varie en fonction de la distance r à l’axe (o,z) 2 n ) r ( n lim = ¾ 1 ) 0 ( n n = et ¾ D l ti li ù 2 l l i d i t l i b li 2 ) ( a r − → 1 ) ( Gaine ¾ Dans le cas particulier où g=2, la loi de puissance est une loi parabolique. nn(r) Coeur à gradient d’indice rr Nn (r) 1 nn2 Coeur à gradient d indice rr 2. Ouverture numérique D’après l’équation des rayons, puisque la p q y p q composante de est nulle selon oz alors: 0 = θ )) r ( cos ). r ( n ( ds d Figure: Trajectoire d’une fibre à gradient d’indice Figure: Trajectoire d une fibre à gradient d indice. Donc les rayons guidés suivent une trajectoire d’allure sinusoïdale dont a cos n cst ) r ( cos ) r ( n θ = = θ 1 Donc les rayons guidés suivent une trajectoire d allure sinusoïdale dont l’équation se déduit de: Rq: La gaine d’indice n2 n’intervient pas directement les rayons à la limite sont tangents à l’interface cœur‐gaine ) ( a 0 θ = θ y g g 2 0 1 n cos n = θ ) ( a 0 θ θ On définit, de même l’ouverture numérique: Δ = − = = 2 sin 1 2 2 2 1 0 1 n n n n ON θ Rqs: 0 θ ¾ ne correspond à l’ouverture du cône d’acceptation que pour les 0 θ p p q p rayons injectés sur l’axe de la fibre. ¾ Cette ouverture diminue au fur et à mesure que le point d’incidence s’éloigne de l’axe. De ce fait on injecte en général moins de puissance dans une fibre à gradient d’indice que dans une fibre à saut d’indice Fibre à gradient d’indice Fibres Optiques multimodes Fibres Optiques multimodes 1.Fibre optique multimode à saut d'indice Ce type de fibre optique possède une région du cœur uniforme relativement large comparativement à la gaine Le cœur est composé de verre de silice Elle est comparativement à la gaine. Le cœur est composé de verre de silice. Elle est efficace sur de courtes distances. 2 Fibre optique multimode à gradient d'indice: 2. Fibre optique multimode à gradient d indice: Le cœur de la fibre optique à gradient d'indice possède des couches de verre successives. Ces couches modifient graduellement l'indice de réfraction. Un des avantages est que la dispersion est réduite pour cette fibre. Il y a donc une meilleure réception du signal. Mode de propagation Mode de propagation Rqs : V2/2 modes dans une fibre à saut d’indice. V2/4 modes dans une fibre à gradient d’indice parabolique ( α=2). g p q ( ) Pertes dans les fibres optiques Les causes des pertes • l'absorption par les impuretés en effet une fibre de silice quoique • l absorption par les impuretés, en effet une fibre de silice quoique très purifiée n'est pas parfaite et les atomes d'impuretés vont avoir plusieurs effets perturbateurs dont l'absorption purement et plusieurs effets perturbateurs dont l absorption purement et simplement du photon par un uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-fibre-optique-partie-1.pdf