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1 Télécommunications par fibre optique Et la lumière révolutionna les télécoms

1 Télécommunications par fibre optique Et la lumière révolutionna les télécoms 2 3 Dodo Alexis Dealoue Télécommunications par fibre optique Et la lumière révolutionna les télécoms Editions EDILIVRE APARIS Collection Universitaire 93200 Saint-Denis Ŕ 2011 4 www.edilivre.com Edilivre Éditions APARIS 175, boulevard Anatole France Ŕ 93200 Saint-Denis Tél. : 01 41 62 14 40 Ŕ Fax : 01 41 62 14 50 Ŕ mail : actualite@edilivre.com Tous droits de reproduction, d’adaptation et de traduction, intégrale ou partielle réservés pour tous pays. ISBN : 978-2-8121-5238-2 Dépôt légal : juin 2011 © Edilivre Éditions APARIS, 2011 5 DEDICACE – A ma tendre épouse Togbo Bouka Lydie – A mes enfants qui lisent et relisent inlassablement mes innombrables manuscrits. – A mes ‘Frères et Sœurs’ de ZOUKOUGBEU – A tous mes collègues de Côte d’Ivoire Telecom et d’Orange Côte d Ivoire – A tous les passionnés des Télécoms à travers le monde Je dédie cet ouvrage 6 7 PREFACE Mon jeune frère et collègue m’a honoré en me demandant de préfacer son premier ouvrage dédié aux télécommunications. Qu’il écrive un livre pratique destiné aux professionnels et non professionnels des télécommunications, au sujet d’une matière aussi pointue et d’actualité que sont les câbles à fibre optique ne m’a pas étonné vu la curiosité d’esprit qu’il a toujours manifesté, le nez fourré dans les livres, en train de chercher à comprendre, à étudier et à concevoir des solutions autour des télécommunications. J’avoue que lorsqu’il m’a présenté son manuscrit et m’a demandé de lui faire plaisir en le préfaçant, j’ai eu des appréhensions relativement à la marge de manœuvre qu’il pourrait avoir pour innover sur cette matière largement entamée aujourd’hui dans le monde. Que va-t-il dire qui ne soit déjà publié ? J’ai demandé à lire le manuscrit immédiatement. Heureuse coïncidence: en 1981, alors élève-ingénieur à l’École Polytechnique de Montréal (Canada), mon mémoire de fin de cycle d’ingénieur a justement porté sur la fibre optique, qui en était à ses tout débuts, avec pour sujet : « Transmission de données à grande vitesse sur pylônes THT de la Baie James à Montréal », commandé par Hydro-Québec Canada. Trouver les formules à cette époque était déjà très difficile, expliquer la fibre optique pouvait vous rendre chauve à force de tirer sur vos cheveux, et sa mise en œuvre pratique était un exercice dans lequel tous les St Thomas de l’époque ne se retrouvaient pas : voyez ici, dans ce manuscrit, avec quelles maestria et perspicacité Alexis, que j’ai plaisir à traiter de « tête chercheuse », un vrai fouineur, a mis à nu (c’est le cas de le dire) la fibre optique dans son explication et son utilisation pratique. Différents « coups d’état » ont eu lieu dans les télécommunications, au cours des siècles, du point de vue évolution technologique, et Alexis en montre ici un exemple : la Fibre optique a été au câble de cuivre, ce que le cellulaire est aujourd’hui au fixe, ce que la commutation numérique est 8 aujourd’hui à la commutation analogique, ce que le Wi-Max est à l’ADSL etc. Pour décrire ce média, mille ouvrages ne suffiront pas tant ce support de transmission a fait de notre planète terre un village où Noirs, Blancs, Jaunes, Rouges, riches, pauvres sont fédérés. En somme, les fibres optiques posées dans les océans, sous les chaussées, sur les pylônes électriques ont non seulement rapproché les hommes de cultures différentes mais ont construit une communauté, donnant un sens réel à la notion d’être vivant supérieur, à la civilisation des hommes. J’ai parcouru le manuscrit avec attention et enthousiasme. Loin des grandes théories et formules mathématico-physiques à donner des migraines, Alexis nous présente de façon simple et claire l’usage de ce support extraordinaire en expliquant dans un langage accessible à tous, les notions importantes liées à l’histoire de la fibre optique, à sa fabrication et à son usage, principalement dans les télécommunications, en exposant les précautions à prendre lorsqu’on décide de bâtir un réseau de câbles à fibres optiques. On ne peut pas dire que le Comité Nobel norvégien n’a pas eu le nez creux en distinguant Charles Kao, pionnier et inventeur de la fibre optique à utilisation télécom. Cet ouvrage, je le conseille particulièrement à tous ceux et celles qui sont désireux d’apprendre à mieux connaitre la fibre optique ou à l’utiliser au meilleur de ses capacités... GNON L. Basile CEO and Founder BCCA Networks & Technologies Ancien DG de l’Agence des Télécommunication de Côte d’Ivoire (ATCI) Consultant International Telecom et NTIC, Membre d’IEEE, USA 9 Sommaire DEDICACE ....................................................................................... 5 PREFACE ......................................................................................... 7 INTRODUCTION / HISTORIQUE ............................................... 15 CHAPITRE 1 – LA FIBRE OPTIQUE ET LE GUIDAGE DE LA LUMIERE ........................................... 19 11. C’EST QUOI LA LUMIERE ................................................... 19 111. La nature de la lumière ....................................................... 19 112. Le spectre lumineux ........................................................... 20 113 L’onde électromagnétique ................................................... 20 12. DESCRIPTION DE LA FIBRE OPTIQUE ............................. 21 13. GUIDAGE DU FAISCEAU LUMINEUX .............................. 21 131. Indice de réfraction d’un milieu ......................................... 21 132. Loi Snell-Descartes ............................................................ 22 133. Astuce du guidage .............................................................. 23 14. NOTIONS DE MODES ........................................................... 24 141. Définition de Mode ............................................................ 24 142. Fréquence normalisée ......................................................... 24 15. LES DIFFERENTS TYPES DE FIBRES OPTIQUES ............ 25 151. Fibres optiques multi modes à sauts d’indice ..................... 25 152. Fibres optiques multi modes à gradients d’indice .............. 26 153. Fibres optiques unimodales ................................................ 27 154. Fibre active ......................................................................... 27 16. COMPARAISON ..................................................................... 28 161. Comparaison de la fibre optique et du fil de cuivre ........... 28 162. Comparaison de fibres entre elles ...................................... 28 10 17. APPLICATION DE LA FIBRE OPTIQUE AUTRE QUE LES TELECOMS ................................................... 29 171. Médecine............................................................................ 29 172. Mesure ............................................................................... 29 18. NORMALISATION UIT DES FIBRES OPTIQUES ............. 30 CHAPITRE 2 – TECHNIQUES DE FABRICATION DE LA FIBRE OPTIQUE............................................................... 31 21- LA PREFORME ...................................................................... 31 22. LE TUBE EBAUCHE ............................................................. 32 23. LA FABRICATION DE LA GAINE OPTIQUE .................... 33 24. LA FABRICATION DU CŒUR OPTIQUE .......................... 33 25. LE FIBRAGE .......................................................................... 35 26. LE CABLE A FIBRE OPTIQUE ............................................ 36 CHAPITRE 3 – TRANSMETTRE SUR LA FIBRE OPTIQUE ............................................................ 39 31. CHOIX DES LONGUEURS D’ONDE DE TRAVAIL .......... 39 311. La diffusion de Rayleigh. .................................................. 39 312. L’absorption ....................................................................... 40 313. Choix des fenêtres de longueurs d’onde de travail ............ 40 314. Expression de l’atténuation................................................ 41 32. ETUDES DE LA DISPERSION ET DE LA BANDE PASSANTE .................................................. 42 321. Notion de dispersion .......................................................... 42 322. La dispersion intermodale.................................................. 43 323. Interprétation du signe de la dispersion chromatique ........ 45 324. Compensation de la dispersion chromatique le long d’une liaison.............................................. 47 325. La dispersion de mode de polarisation (PMD) .................. 47 33. CALCUL DE LA BANDE PASSANTE D’UNE LIAISON A FIBRE OPTIQUE ........................................ 49 331. Expression générale ........................................................... 49 332. Bande passante des fibres multi modes à saut d’indice ..... 50 333. Bande passante des fibres multi modes à gradient d’indice .......................................................... 50 334. Bande passante des fibres monomodes ............................. 50 335. Cas des débits numériques ................................................. 51 11 336. Exemples de fiches techniques d’un fabricant de fibre optique ................................................... 52 34. LES COMPOSANTS OPTIQUES ........................................... 55 341. Les coupleurs optiques ....................................................... 55 342. Les connecteurs optiques.................................................... 55 343. Les filtres ............................................................................ 56 334. Les atténuateurs .................................................................. 56 235. Les isolateurs ...................................................................... 56 35. LES EMETTEURS OPTIQUES .............................................. 57 351. Les diodes électroluminescentes ........................................ 57 352. Les Diodes Laser ................................................................ 58 353. Comparaison ....................................................................... 58 354. Les Modulateurs ................................................................. 58 36. LES RECEPTEURS OPTIQUES ............................................ 60 361. Rôle et caractéristiques du récepteur .................................. 60 362. Les photodiodes PIN .......................................................... 61 363. Les photodiodes à Avalanche ............................................. 61 364. Les Démodulateurs ............................................................. 61 365. Les comparaisons des récepteurs ....................................... 61 CHAPITRE 4 – TECHNIQUES DE MULTIPLEXAGE ET D’AMPLIFICATION ................................................................ 63 41. APERCU DES PRINCIPES DE MULTIPLEXAGES TRADITIONNELS ........................................................................ 63 42. MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D’ONDE (xWDM) ...... 64 421. Principe ............................................................................... 64 422. Bandes de travail ................................................................ 64 43. LES AMPLIFICATEURS OPTIQUES ................................... 65 431. Principe de l’amplification ................................................. 65 432. Fibre dopée erbium ou Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) .................................... 65 333. Amplificateur de type RAMAN ......................................... 67 434. Comparaison des deux types d’amplification .................... 68 3.4 LES MULTIPLEXEURS OPTIQUES A INSERTION ET EXTRACTION (OADM) (Optical Add and Drop Multiplexer). ............................................. 69 12 CHAPITRE 5 – INGENIERIE D’UNE LIAISON A FIBRE OPTIQUE ........................................................................ 71 51. METHODOLOGIE ................................................................. 71 511. Etape 1 : Au bureau, étude sommaire ................................ 71 512. Etape 2 : Préparation de la mission de survey (sur le terrain), ........................................................... 71 513. Etape 3 : Sur le terrain, correction des prévisions ............. 72 514. Etape 4 : De retour au bureau, affinement des prévisions .......................................................... 72 515. Etape 5 : Terminer ............................................................. 72 516. Cas d’une liaison sous marine ou fluviale ......................... 73 52. BILAN D’UNE LIAISON A FIBRE OPTIQUE .................... 74 521. Bilan énergétique ou de puissance ..................................... 74 522. Bilan chromatique .............................................................. 75 53 MAINTENANCE ET MESURE .............................................. 76 531. La maintenance .................................................................. 76 532. La réflectométrie ou OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) ........................................................................... 77 533. Exemples de fiches techniques d’OTDR ........................... 79 534. Analyseur de spectre optique ............................................. 80 uploads/Litterature/ telecommunications-par-fibre-optique-et-la-lumiere-revolutionna-les-telecoms.pdf