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ﺍﻟﺠﻤﻬﻮﺭﻳ ـ ﺔ ﺍﻟﺠﺰﺍﺋﺮﻳ ـ ﺔ ﺍﻟﺪﻳﻤﻘﺮﺍﻁﻴ ـ ﺔ ﺍﻟﺸﻌﺒﻴ ـﺔ République Algérienne Démocr

ﺍﻟﺠﻤﻬﻮﺭﻳ ـ ﺔ ﺍﻟﺠﺰﺍﺋﺮﻳ ـ ﺔ ﺍﻟﺪﻳﻤﻘﺮﺍﻁﻴ ـ ﺔ ﺍﻟﺸﻌﺒﻴ ـﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche scientifique Université de Biskra FACULTE DES SCIENCES DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE Mémoire de magister En Electronique Option : Communications Préparée au Laboratoire LGEB (Laboratoire de Génie Electrique de Biskra) Thème ETUDE D’UNE STRUCTURE DE LIAISON PAR FIBRE OPTIQUE : CARACTERISATION DE LA PROPAGATION ET BILAN ENERGETIQUE Présenté par : Riadh SAIDI Soutenu le : / /2009 devant le Jury composé de : Salim SBAA Maître de conférences (Univ. Biskra) Président Abdelhamid BENAKCHA Maître de conférences (Univ. Biskra) Rapporteur Lamir SAIDI Maître de conférences (Univ. Batna) Examinateur Moussa BENYOUCEF Maître de conférences (Univ. Batna) Exami nateur Sommaire Etude d’une structure de liaison par fibre optique caractérisation de la propagation et bilan énergétique 3 Sommaire Sommaire Liste d'acronymes Tables des figures Résumé Introduction générale Chapitre I: Généralités sur les fibres optiques I-1 Généralités sur les fibres optiques 01 I-1-1 Introduction 01 I-1-2 Historique de la fibre optique 04 I-2 La fibre optique 05 I-2-1 Fibres optiques monomode et multimodes 06 I-2-1-1 Fibres optiques monomode 06 I-2-1-2 Fibres optiques multimodes 08 I-2-2 Fibres optiques à saut d’indice et à gradient d’indice 08 I-2-2-1 Fibres à saut d’indice 08 I-2-2-2 Fibre à gradient d’indice 09 I-3 Les applications de la fibre optique 09 I-3-1 Les télécommunications 09 I-3-2 Les réseaux sous-marins 10 I-3-3 L’armée 11 I-3-4 Applications diverses 12 I-4 Les avantages et les inconvénients de la fibre optique 12 I-4-1 Les avantages 12 I-4-2 Les inconvénients 13 I-5 Modèle d’une liaison par fibre optique 14 I-5-1 Emetteur 15 Sommaire Etude d’une structure de liaison par fibre optique caractérisation de la propagation et bilan énergétique 4 I-5-1-1 Laser à semi-conducteur 15 I-5-1-2 Diodes électroluminescentes LED 18 I-5-2 Le Récepteur 20 Chapitre II: Principes de la propagation II-1-Introduction 23 II-2-Propagation de la lumière dans la fibre optique 23 II-2-1 Lumière et propagation 23 II-2-1-1 Lumière 24 II-2-1-1-1. Le spectre électromagnétique 24 II-2-1-1-2.La théorie corpusculaire 25 II-2-1-1-3.La théorie ondulatoire 25 II-2-1-2 Propagation 27 II-2-1-3 Emission 28 II-2-1-4 Polarisation 28 II-2-2 Mode propagation 30 II-2-2-1 Fibre à saut d’indice 30 II-2-2-2 Fibre à gradient d’indice 31 II-2-3 Spécification de la fibre optique 32 II-2-3-1- Ouverture numérique 32 II-2-3-2 couplage 34 II-3 Equations de MAXWELL 36 II-4 Equation d’ondes 40 II-5 Propagation dans la fibre optique 43 II- 6 Conclusion 46 Sommaire Etude d’une structure de liaison par fibre optique caractérisation de la propagation et bilan énergétique 5 Chapitre III: Atténuations dans les fibres optiques III-1-Introduction 47 III-2-Les atténuations 47 III-2-1- Atténuations intrinsèques 48 III-2-1-1- Atténuation par absorption 48 III-2-1-2- Atténuation par diffusion 49 III-2-1-3- Atténuation par diffusion de RAYLEIGH 49 III-2-1-4 Spectre des atténuations 50 III-2-2- Les atténuations extrinsèques 52 III-2-2-1- Atténuation due aux courbures 52 III-2-2-2- Atténuation due aux micros courbure 52 III-2-2-3- Atténuation due aux connexions 52 III-3- Dispersion 54 III-3-1- Dispersion modale 54 III-3-1-1- Dispersion modale pour la fibre à saut d’indice 55 III-3-1-2- Dispersion modale pour une fibre à gradient d’indice 57 III-3-2- Dispersion du guide d’onde 59 III-3-3 Dispersion du matériau 61 III-3-4- Dispersion chromatique 63 III-3-5- Bande passante totale de la fibre optique 66 III-4- Effets non linéaires 68 III-4-1- Effet Kerr 70 III-4-1-1- Auto modulation de phase(SPM) 71 III-4-1-2 La modulation de phase croisée (XPM) 73 III-4-1-3- Effet de la dispersion de la vitesse de groupe (GVD) 73 III-4-1-4- Effet combine de la GVD et SPM 74 III-4-2- Effet Brillouin 75 III-4-2-1- Diffusion en régime spontané et stimulé 76 III-4-2-2- Diffusion de Brillouin Stimulée (SBS) 77 III-4-3- Effet Raman (SRS) 81 Sommaire Etude d’une structure de liaison par fibre optique caractérisation de la propagation et bilan énergétique 6 III-5- Conclusion 81 Chapitre IV: Bilan énergétique d’une liaison par fibre optique IV-1- Introduction 82 IV-2- Présentation de la liaison optique 82 IV-3- Principales pertes d’une transmission par fibre optique 83 IV-3-1- Pertes dues au couplage émetteur-fibre optique 83 IV-3-2- Affaiblissement linéique dans une fibre optique 84 IV-3-3 Pertes dues aux épissures 85 IV-3-4- Pertes due aux connecteurs 87 IV-4- Bilan Energétique 88 IV-4-1 Bilan énergétique 88 IV-4-2 Pertes de courbures 92 IV-5- Conclusion 93 Chapitre V: Simulation V-1- Introduction 94 V-2- Simulation de la GVD 94 V-3- Evolution de l’impulsion le long de la fibre 98 V-4- Simulation de l’effet Brillouin 106 V-5- Conclusion 108 Conclusion générale 109 Bibliographie 111 Liste d’acronymes Etude des phénomènes liés à la propagation dans les fibres optiques Liste d’acronymes BER Bit Error Rate Taux d’erreur binaire CPA Chirped-Pulse Amplification Amplification d’impulsion chirpée EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Amplificateur à fibre dopée erbium FWM Four-Wave Mixing Mélange à quatre ondes GVD Group-Velocity Dispersion Dispersion de la vitesse de groupe NLSE Non-Linear Schrödinger Equation Equation de Schrödinger non linéaire SBS Stimulated Brillouin Scattering Diffusion Brillouin stimulée SOA Semiconductor Optical Amplifier Amplificateur à semi-conducteur optique SPM Self-Phase Modulation Auto modulation de phase SRS Stimulated Raman Scattering Diffusion Raman stimulée TOD Third-Order Dispersion Dispersion de troisième ordre WDM Wavelength Division Mltiplexing Multiplexage en longueur d’onde XPM Cross-Phase Modulation Modulation de phase croisée PMD Polarisation Mode Dispersion Dispersion de Mode de Polarisation Table des figures Etude d’une structure de liaison par fibre optique caractérisation de la propagation et bilan énergétique Table des figures 1.1 : Structure de la fibre 10 1.2 : la fibre monomode 11 1.3 : Fibre multimode à saut d’indice 13 1.4 : Fibre multimode à gradient d’indice 14 1.5 : Représentation d’une liaison par fibre optique avec représentation de pertes et les différentes puissances 20 1.6 : laser a quatre niveaux 23 1.7 : Structure d’une diode laser 24 1.8 : Principe de la diode électroluminescente 26 1.9 : Principe de la photodiode 27 1.10 : caractéristique de la photodiode 28 2.1 : Spectromètre électromagnétique 31 2.2 : Coupe d’une fibre optique 40 2.3 : Couplage diode émettrice-fibre optique 44 2.4 : : Variation de E par rapport à H 53 3.1 : Diffusion de Rayleigh 61 3.2 : Atténuation intrinsèque de la fibre optique 62 3.3 : Raccordement des fibres 64 3.4 : Différentes pertes dans la fibre optique 65 3.5 : Distorsion d’une impulsion provoquée par la dispersion modale 66 3.6 : Dispersion modale de la fibre multimode à saut d’indice 68 3.7 : Dispersion modale due à l’imperfection de la gaine 70 3.8 : Dispersion (propagation) d’une partie de la puissance optique dans la gaine (différence d’indices de réfraction cœur : gaine) dite dispersion de guide d’onde 71 3.9 : Indice de réfraction en fonction de longueur d’onde 73 3.10 : Dispersion chromatique dans une fibre optique 76 3.11 : Variation de 2 1 2  d n d pour une fibre de silice pure 78 3.12 : Distorsion des impulsions à la réception due à la dispersion de la fibre 79 3.13: Impulsions rapprochées dans le temps les unes des autres engendrant en réception des interférences inter symboles 79 3.14 : Largeur de spectre de la source optique 80 3.15 : Spectre de la lumière diffusée spontanément par un milieu diffusant quelconque 90 3.16 : Diagramme de la génération de l’onde acoustique par électrostriction et de l’onde de Stokes par SBS 92 3.17 : Représentation schématique des champs impliqués et les valeurs de fréquence mis en jeu, caractérisant l’effet Brillouin pour une fibre en silice à . 55 . 1 m  93 3.18 : Interaction de l’onde de pompe avec l’onde Stokes donnant lieu à un battement à la fréquence de l’onde acoustique. Une onde de matière à la fréquence du battement est générée grâce à l’électrostriction 94 4.1 : Modèle de liaison de télécommunication optique 98 4.2 : Affaiblissement dans une fibre optique 100 4.3 : les pertes de courbures 108 Table des figures Etude d’une structure de liaison par fibre optique caractérisation de la propagation et bilan énergétique 4.4 : Le spectre de l’impulsion gaussienne à l’entrée de la fibre 113 4.5 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=0LD de la fibre 115 4.6 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=2LD de la fibre 116 4.7 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=4LD de la fibre 116 4.8 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=6LD de la fibre 117 4.9 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=8LD de la fibre 117 4.10 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=10LD de la fibre 118 4.11: Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=12LD de la fibre 118 4.12- Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=14LD de la fibre 119 4.13 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=16LD de la fibre 119 4.14 : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=18LD de la fibre 120 4.15- : Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=20LD de la fibre 120 4.16 :- Impulsion optique dans le domaine temporel à une longueur z=22LD de la fibre 121 4.17 :- Impulsion optique dans uploads/Ingenierie_Lourd/ memoire-saidi.pdf