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Fibres Optiques Pr. Laaziz Yassin Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Ta

Fibres Optiques Pr. Laaziz Yassin Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tanger Département Télécoms & Electronique ylaaziz@ensat.ac.ma ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Fiche Technique (1/3) Objectifs Ce cours est une introduction aux communications optiques ; il vise à introduire les mécanismes physiques de transmission des ondes électromagnétiques au sein d’une fibre optique et à ressortir les atouts de cette dernière comme support de transmission de l’information à haut débit. Synoptique d’une liaison optique 12/03/2018 2 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Fiche Technique (3/3) Bibliographie 12/03/2018 3 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Multiples & sous-multiples (SI) 12/03/2018 4 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Préambule - Bref aperçu sur l’histoire des télécoms QUELQUES RAPPELS - Intérêt des fréquences optiques - Loi de Snell et réflexion totale - Le Spectre optique - Principe des communications numériques - Débit binaire et facteur de qualité 12/03/2018 5 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Trompe de berger médiévale Les communications en antiquité Signaux optiques et sonores n’ont cependant une portée que de quelques km. ~300 av. J.-C - 1323 ap. J.-C Phare d’Alexandrie Tam-Tam africain Signaux de fumée des indiens d’Amérique 12/03/2018 6 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Le premier véritable réseau de communication (Ligne optique) apparaît à la fin de la révolution française (Juillet 1794) : le télégraphe optique de Chappe utilisant un réseau de sémaphores véhiculant des messages codés de proche en proche. La télégraphie optique : le télégraphe de Chappe Débit < 1bit/s 1763 - 1805 Claude Chappe 12/03/2018 7 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Le télégraphe de Morse Le télégraphe de Morse Débit ~ 10 bit/s Samuel Morse 1791-1872  1837 : l'Américain Samuel Morse développe un système de traits et de points (le code Morse), fondé sur la variation du rythme des impulsions du courant électrique, pour désigner les lettres et les nombres.  1866 : Mise en service du premier câble transatlantique permettant la transmission de messages télégraphiques. 12/03/2018 8 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Le téléphone de Graham Bell  Années 1866 : invention du téléphone par Antonio Meucci, un italien émigré aux États-Unis (ce fait a été récemment reconnu par le congrès américain dans la résolution 269 du 15 juin 2002).  Avant cette résolution, l'invention du téléphone était attribuée à Alexander Graham Bell qui déposa un brevet en 1876. Meucci avait fait une demande de brevet en 1871 mais faute de ressources, elle expira en 1874.  1877 Premiers réseaux urbains de téléphonie à New York Alexander Graham Bell 1847-1922 Débit : 64 kbit/s 12/03/2018 9 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin La télégraphie sans fil de Marconi  En 1896, l’Italien Guglielmo Marconi (prix Nobel de physique en 1909 ) : transmission à distance de signaux Morse par ondes électromagnétiques. Les transmissions traversent la Manche en 1899 et l’Atlantique en 1901.  1908 : Liaison radiotéléphonique entre la Bretagne et Paris Guglielmo Marconi 1874-1937 Débit < 10 Mbit/s en 1935 12/03/2018 10 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin L’ère moderne  1932 Création de l'Union Internationale des Télécommunications (UIT)  1935 Emissions régulières de télévision depuis la Tour Eiffel  1940 Premier système à câble coaxial fonctionnant à 3MHz (4 Mbit/s)  1941 Mise au point du Radar  1951 Premiers faisceaux hertziens  1960 Invention du LASER  1962 Lancement de Telstar, premier satellite de télécommunications (250Mbit/s)  1966 Première liaison numérique MIC  1970 Premières fibres optiques utilisables pour les télécommunications  1977 Première liaison commerciale par fibre optique en téléphonie (Etats-Unis)  1982 Adoption officielle des protocoles de distribution du réseau Internet  1992 Commercialisation des premiers téléphones mobiles de seconde génération (GSM) 12/03/2018 11 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Les réseaux de télécommunication mondiales  Câbles et ondes radio transportent aujourd’hui tout type d’informations d’un bout à l’autre de la planète grâce à de nombreux réseaux qui s’organisent, se développent et se combinent. Réseaux Filaires (optiques) Réseaux satellitaires 12/03/2018 12 L’ère moderne et la montée en débit ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin 12/03/2018 13 12-mars-18 14 Internet of Things (IoT) ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin The bandwidth demand follows the Nielsen’s law (+50% / year) for more than 20 years. 12/03/2018 15 L’ère moderne et la montée en débit 12/03/2018 ENSA Tanger - Liaisons Optiques - GSTR2 2011 – 2012 / Pr. Laaziz Yassin 16 Fréquences Optiques, Intérêt et Avantages ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Les communications modernes et la montée en débit Augmentation de débit Impulsion plus brèves Hautes fréquences Fréquences optiques temps 8 bit/s 16 bit/s 12/03/2018 17 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Le spectre Optique (Lightwaves) 12/03/2018 18 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Le spectre Optique (Lightwaves) 12/03/2018 19 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Nomination ITU Bande Nomination Gamme (nm) O Originale 1260 – 1360 E Etendue 1360 – 1460 S Courte 1460 – 1530 C Conventionnelle 1530 – 1565 L Large 1565 – 1625 U Ultra-large 1625 - 1675 12/03/2018 20 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin STM – 64 : Synchronous Transfer Mode (10 Gbit/s), C’est un standard SDH (Synchronous digital hirarchy) obtenu par multiplexage de 64 canaux STM-1 (155.52 Mb/s) Le WDM Début 1990 : WDM (Wavelength Division Multiplexing) ou Multiplexage en longueur d’onde. Chaque couleur ≡ une fibre. 12/03/2018 21 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Fibre vs Câble (1/3) L’atténuation d’un signal sur un système de transmission par fibre optique demeure voisine de 2 dB/km, quelle que soit le débit de transmission. Pour les systèmes en cuivre l’atténuation augmente avec le débit numérique du faite de l’augmentation de la fréquence du signal. 12/03/2018 22 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Fibre vs Câble (2/3) DEBITS ADMISSIBLES (réseaux de télécommunications) 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G PAIRE TORSADEE CATV CABLE COAXIAL FIBRE OPTIQUE OU LIAISON SATELLITE 6M 155M >10G 64KBIT/S: VOIX NON COMPRESSÉE VISIO COMPRESSEE 2MBIT/S: VIDEO NON COMPRESSEE 34MBIT/S: VIDEO HAUTE-DEFINITION 9,6KBIT/S: VOIX COMPRESSEE 12/03/2018 23 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Fibre vs Câble (3/3) En plus du formidable débit offert par les fréquences optiques, le support de transmission qu’est la fibre présente l’avantage de la légèreté. N’importe quel câble en cuivre sur la figure peut être remplacé par une simple fibre optique 12/03/2018 24 12/03/2018 ENSA Tanger - Liaisons Optiques - GSTR2 2011 – 2012 / Pr. Laaziz Yassin 25 Un peu de physique ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin L’indice de réfraction  C’est le paramètre utilisé pour décrire l’interaction des radiations électromagnétiques avec la matière. C’est un paramètre complexe en général :  n est appelé « indice de réfraction » et k est appelé «indice d’extinction »  Dans un matériau diélectrique, comme le verre, k est très faible et les ondes du spectre optique sont très peu absorbées.  L’indice de réfraction est le facteur par lequel la radiation électromagnétique est décélérée (par rapport au vide) quand elle parcourt le matériau. Donc si v est la vitesse de phase d’une radiation de fréquence donnée, l’indice de réfraction est donné par : ik n n   ~ v c n  12/03/2018 26 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin La dispersion spectrale  L’indice de réfraction d’un matériau varie en fonction de la longueur d’onde de l’onde électromagnétique.  Chaque longueur d’onde possède une vitesse propre à l’intérieur du matériau : on parle alors de dispersion spectrale.  Ce phénomène est facilement observable en faisant tomber la lumière blanche (constituée de plusieurs fréquences visibles) sur un prisme. 12/03/2018 27 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin n1 < n2 i > r i’ < r’ n1 sin (i) = n2 sin (r) Réflexion et réfraction de la lumière Les indices de réfraction déterminent l’angle de transmission (réfraction) du faisceau 12/03/2018 28 ENSA de Tanger - GSTR1 & GSEA1 / Fibres Optiques / Pr. Laaziz Yassin Si on se place dans une situation uploads/Management/ cours-fo-complet-2017-2018.pdf