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Cours de la 5ème Année : Cycle d’Ingénieurs Module 5M4 Version 1.0 (Septembre 2

Cours de la 5ème Année : Cycle d’Ingénieurs Module 5M4 Version 1.0 (Septembre 2009) Université Mohammed Premier Université Mohammed Premier Université Mohammed Premier Université Mohammed Premier École Nationale des Sciences Appliquées d’Oujda École Nationale des Sciences Appliquées d’Oujda École Nationale des Sciences Appliquées d’Oujda École Nationale des Sciences Appliquées d’Oujda Ch Ch Ch Ch I : I : I : I : Généralité : Communications optiques. Généralité : Communications optiques. Généralité : Communications optiques. Généralité : Communications optiques. Ch Ch Ch Ch II : II : II : II : Guide d’onde : Fibre optique. Guide d’onde : Fibre optique. Guide d’onde : Fibre optique. Guide d’onde : Fibre optique. Ch Ch Ch Ch III : III : III : III : Émetteurs électro Émetteurs électro Émetteurs électro Émetteurs électro- - - -optiques : Diodes électroluminescentes, optiques : Diodes électroluminescentes, optiques : Diodes électroluminescentes, optiques : Diodes électroluminescentes, Diodes lasers. Diodes lasers. Diodes lasers. Diodes lasers. Communications Numériques par Fibre Optique Communications Numériques par Fibre Optique Communications Numériques par Fibre Optique Communications Numériques par Fibre Optique Kamal GHOUMID 1 Diodes lasers. Diodes lasers. Diodes lasers. Diodes lasers. Ch Ch Ch Ch IV : IV : IV : IV : Récepteurs électro Récepteurs électro Récepteurs électro Récepteurs électro- - - -optiques : photodiodes, P optiques : photodiodes, P optiques : photodiodes, P optiques : photodiodes, P- - - -I I I I- - - -N. N. N. N. Ch Ch Ch Ch V V V V : : : : Transmission numérique sur fibre optique. Transmission numérique sur fibre optique. Transmission numérique sur fibre optique. Transmission numérique sur fibre optique. Ch Ch Ch Ch VI VI VI VI : : : : Effets non linéaires. Effets non linéaires. Effets non linéaires. Effets non linéaires. Ch Ch Ch Ch VII VII VII VII : : : : Fonctions optiques : Modulateurs électro Fonctions optiques : Modulateurs électro Fonctions optiques : Modulateurs électro Fonctions optiques : Modulateurs électro- - - -optiques, Coupleurs, … optiques, Coupleurs, … optiques, Coupleurs, … optiques, Coupleurs, … Ch Ch Ch Ch VIII VIII VIII VIII : : : : Performances des systèmes optiques. Performances des systèmes optiques. Performances des systèmes optiques. Performances des systèmes optiques. Ch Ch Ch Ch IX : Multiplexage optique. IX : Multiplexage optique. IX : Multiplexage optique. IX : Multiplexage optique. Ch Ch Ch Ch X X X X : : : : Réseaux tout optique à haut débit. Réseaux tout optique à haut débit. Réseaux tout optique à haut débit. Réseaux tout optique à haut débit. Télécommunications Optiques (1/2) Atténuation très faible (0 .1 dB/ km). Débit important, Bande passante très large (25 THz). Faible poids, très petite taille. Portée et capacité bien supérieure aux câbles. 2 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Portée et capacité bien supérieure aux câbles. Avantage économique parraport système de cuivre. Sécurité électrique. ... Télécommunications Optiques (2/2) Télécommunications : Liaisons urbaines et interurbaines, liaisons sous-marines. Vidéocommunications. Liaison et réseaux de données. Liaisons industrielles : télémesures, télécommandes, surveillance vidéo, … 3 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Liaisons industrielles : télémesures, télécommandes, surveillance vidéo, … Capteurs et instrumentation. Plusieurs domaines d’applications. ... Atténuation dans les fibres optiques (1/2) 4 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Atténuation dans les fibres optiques (2/2) Les principales causes d’affaiblissement dans une fibre optique (en silice) : L’absorption : interaction lumière matière, le photon cède son énergie au matériau, et l’énergie du photon incident (absorbée) est utilisée pour amener la structure moléculaire dans un certain état vibratoire. Pour la silice, il y a deux absorptions, dans l’infrarouge moyen à cause des vibrations moléculaires, et dans l’ultaviolet à cause des transitions électroniques et moléculaires. 5 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID 4 1 λ OH- l’ultaviolet à cause des transitions électroniques et moléculaires. La diffusion raylegh : causée par la nature désordonnée des molécules dans le verre. Elle est proportionnelle à , ce phénomène provoque une augmentation de l’atténuation aux basses longueurs d’onde. l’absorption intrinsèque : sous forme de pics, principalement due aux ions , elle est difficile à éliminer, il faut éviter le contact de la fibre avec l’eau. Les fenêtres spectrales (1/5) 6 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Les fenêtres spectrales (2/5) 1er génération Autour de λ = 850 nm (1er fenêtre spectrale). Fibres optiques multimodes. LED ou lasers multimodes. 7 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Atténuation élevée. B = 45 Mbit/s, L = 10 km. Matériaux plus économiques : liaisons peu coûteuses à courtes distances ou en réseau local. N’est utilisée qu’en multimode. Les fenêtres spectrales (3/5) 2ème génération Autour de λ = 1300 nm (2ème fenêtre spectrale). Fibres optiques monomodes. Pertes plus faibles (0,33 dB/km). 8 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Dispersion chromatique nulle. Lasers multimodes. B > 1 Gbit/s, L > 50 km. Encore largement utilisée. Les fenêtres spectrales (4/5) 3ème génération Autour de λ = 1550 nm (3ème fenêtre spectrale). Fibres optiques monomodes. Minimum de pertes (0,17 dB/km). 9 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Dispersion non nulle. Lasers (monomodes) et amplificateur performants. B > 10 Gbit/s, L = 60 - 70 km. Deux sous-bandes : C {1525-1565} nm, L {1565-1625} nm. C'est la fenêtre de choix pour quasiment toutes les applications modernes. Les fenêtres spectrales (5/5) 4ème génération Autour de λ = 1550 nm (3ème fenêtre spectrale). Amplificateurs optiques performants, Fibres optiques monomodes. Multiplexage en longueur d’onde (plusieurs porteuses dans une même fibre 10 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID optique). Minimum de pertes (0,17 dB/km). Dispersion non nulle. B > 10 - 40 Gbit/s, L = 60 - 80 km entre les amplificateurs, plusieurs milliers de kilomètres entre l’émetteur et le récepteur. Fibre optique (1/7) Avantages : Transmission large bande, et débits binaires élevés. Affaiblissement minimisé : nombre de répéteurs très réduits et fortement espacés (60 km). Immunité aux interférences externes (perturbations électromagnétiques). 11 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Faible sensibilité aux facteurs extérieurs (température, humidité…). Faible encombrement et faible poids. Inconvénients : Difficultés d’adaptation avec les transducteurs optoélectroniques Exigences micromécaniques importantes (connexions, alignement). Fibre optique (2/7) Paires torsadées Câble coaxial Fibre optique Coût Bas Moyen Assez élevé Bande passante Moyenne Large Très large Longueur maximale Moyenne Elevée Elevée 12 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Longueur maximale Moyenne Elevée Elevée Immunité aux interférences Basse moyenne Moyenne élevée Très élevée Facilité de connexion Simple Variable Difficile Facilité d'installation Variable Variable Difficile Fiabilité Bonne Bonne Très bonne Fibre optique (3/7) Immunité aux perturbations électromagnétiques et ses caractéristiques de transmission du signal le support idéal des transmissions haut débit. Les trois composants de la fibre optique sont : Le cœur (en silice, quartz fondu, ou plastique) dans lequel se propagent les ondes optiques. 13 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID La gaine optique (cladding) en général, dans les mêmes matériaux que le cœur mais avec des additifs - qui confine les ondes optiques dans le cœur. Le revêtement de protection (coating) - généralement en plastique qui assure la protection mécanique de la fibre. Fibre optique (4/7) 14 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID * Le signal lumineux se propage dans et à proximité du cœur. * Dans la gaine se trouve l’onde évanescente . * Le revêtement sert à protéger la fibre optique. Fibre optique (5/7) Gaine optique (n2) Fibres multimodes 20 à 100 µm Fibres monomodes < 10 µm 15 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Gaine mécanique Coeur (n1 > n2) Fibre optique (6/7) 16 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Fibre optique (7/7) 17 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Raccordement de fibre (1/2) Dans l'établissement d'une liaison par fibre optique on est contraint de relier : * La source émettrice à la fibre optique. * Les fibres optiques entre-elles. * La fibre optique au récepteur optique. On distingue 3 méthodes de raccordement des fibres optiques : * Jointage : consiste à souder deux fibres entre-elles, bout à bout, par fusion des 18 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID matériaux constituants en utilisant une fusionneuse automatique. * Epissurage : consiste, comme précédemment à assembler bout à bout deux fibres, et de coller le tout par l'apport d'une colle spéciale de même indice optique que les fibres à raccorder. Connexion amovible : consiste à utiliser deux pièces mécaniques qui s'emboîtent ou sevissent pour amener les deux fibres en vis-à-vis. Raccordement de fibre (2/2) 19 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID La silice (1/1) 20 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Tétraèdre Verre de silice (amophe) Propagation dans une fibre optique (1/3) Fibre à saut d’indice 21 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Propagation dans une fibre optique (2/3) Fibre à gradient d’indice 22 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Propagation dans une fibre optique (3/3) 23 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Modes de propagation (1/6) Paramètres des fibres optiques Rayon de la fibre optique : a Différence d'indice normalisée : 24 Cours 5M2 : Communications Optiques Kamal GHOUMID Différence d'indice uploads/Management/ communications-numeriques-par-fibre-optique 2 .pdf