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M. ZGHAL Les communications Optiques MOURAD ZGHAL mourad.zghal@supcom.rnu.tn M.

M. ZGHAL Les communications Optiques MOURAD ZGHAL mourad.zghal@supcom.rnu.tn M. ZGHAL Sommaire • 1. INTRODUCTION AUX FIBRES OPTIQUES 1. INTRODUCTION AUX FIBRES OPTIQUES • 2. FABRICATION - CABLES à FO • 3. ARCHITECTURE DES RESEAUX DE TRANSMISSION OPTIQUES • 4. COMPOSANTS PASSIFS (Connecteurs, Coupleurs, Mux, etc.) • 5. COMPOSANTS ACTIFS (Amplificateurs, Modulateurs, Lasers, etc.) • 6. SOUDURE - CONNEXION • 7. MESURES SUR RESEAUX à FO • 8. POSE DES CABLES à FIBRES OPTIQUES • 9. RESEAUX D’ACCES • 10. LA HIERARCHIE NUMERQIQUE SYNCHRONE 5SDH) • 11. ETUDE DE CAS • 12. FIBRES DE NOUVELLE GENERATION INTRODUCTION M. ZGHAL - Environ 2500 ans avant notre ère : invention du verre - 1790 : invention du télégraphe optique (C. CHAPPE) - 1837 : invention du télégraphe électrique (S. MORSE) INTRODUCTION : petit historique M. ZGHAL - 1876 : invention du téléphone (G. BELL) - 1889 : premiers autocommutateurs électromécaniques - 1924 : premier câble souterrain (en France), sur 500km (Paris-Strasbourg) - 1950 : réseau téléphonique mondial (manuel) - 1980 : le réseau mondial devient automatique INTRODUCTION : petit historique En parallèle, les liaisons radio se développent : - 1887 : premières transmissions radiotélégraphiques en morse - 1920 : première liaison radiotélégraphique grand public - 1945 : premier satellite géostationnaire - 1962 : satellite Telstar (première image TV en mondovision) - 1991 : satellite TELECOM 2A (11 à15 canaux TV + 16 000 liaisons téléphoniques M. ZGHAL INTRODUCTION : petit historique Le câble … - 1956-1986 : câbles sous-marins coaxiaux analogiques - 1956 : TAT-1 : 48 circuits, répéteurs immergés tous les 10 km à l'origine - 1976 : 4000 communications téléphoniques simultanées - depuis 1986 : câbles sous-marins à fibres optiques numériques TAT-8 (1988) 40 000 voies téléphoniques simultanées (répéteurs électroniques espacés de 100 km) ; 280Mbps TAT-12 (1995) 500000 voies téléphoniques simultanées (répéteurs optiques espacés de 100 km) ; 5Gbps TAT 14 (2001) ; 160Gbps M. ZGHAL Evolution des outils : Processeur Date de sortie Nb de transistors Vitesse d’horloge 4004 1971 2300 0,1 MHz 8088 1979 29 000 5 à 8 MHz 80286 1982 134 000 8 à 12 MHz 386DX 1985 275 000 16 à 33 MHz 486DX 1989 1200 000 20 à 50 MHz Pentium 1993 3100 000 60 à 166 MHz Pentium Pro 1995 5 500 000 150 à 200 MHz Pentium II 1997 7 500 000 233 à 450 MHz Pentium III 1999 9 500 000 450 à 600 MHz Pentium IV 2000 42 000 000 1,4 à 2 GHz INTRODUCTION : l ’augmentation des débits Où se trouve la limite de l’intégration et de la fréquence? M. ZGHAL Evolution des outils : Réseaux Débit requis Minitel 1,2 kbps Téléphone mobile 13 kbps Modem 33 kbps Numéris 64 kbps Réseau câblé télévision 500 kbps ADSL en boucle locale de 4 à 8 Mbps Satellite 1 à 2 Mbps MMDS et LMDS 2 à 45 Mbps ATM 25 à 622 Mbps INTRODUCTION : l ’augmentation des débits Est-ce qu’on a besoin de débits aussi importants? 40 Gbps M. ZGHAL Evolution des outils : Services multimédia Débit requis Visiophone (médiocre) 64 Kbps Disque compact 1,4 Mbps Visiophone (bonne qualité) Entre 384 kbps et 1,5 Mbps Télévision actuelle (MPEG2) 4 à 5 Mbps Télévision Haute Définition 20 à 30 Mbps Télévision actuelle sans comp. 216 Mbps système vocal sur Internet WebTV Web casting Le « tout numérique » engendre des débits d’informations très élevés que les réseaux de communications doivent acheminer. INTRODUCTION : l ’augmentation des débits M. ZGHAL 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 700 600 500 400 300 200 100 0 Données Voix Loi de Moore Trafic (Péta bits) Source : http://www.ist-optimist.org INTRODUCTION : l ’augmentation des débits M. ZGHAL Spectre électromagnétique INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL Avantages de la Fibre Optique Faible atténuation Portée importante Bande passante large Services Large bande Immunité aux Interférences Matière première disponible Câble léger – pose facilitée Coût moins élevé que le Cuivre INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL Chaîne de communication Optique INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL coeur Gaine optique Manteau de protection (polymère) 0,1 1 10 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Affaiblissement (dB/km) λ (nm) OH- Absorption + Diffusion Contraintes mécaniques INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes Qu’est-ce qu’une fibre optique ? M. ZGHAL Manteau de protection (polymère) b a r 0 ¾ Matériaux constitutifs : silice pure ou dopée (Al, Ge, P, B, F, terres rares), verres fluorés, chalcogénures, polymères, silice/polymère, ... ¾ Paramètres opto-géométriques : - diamètres de cœur et de gaine - profil d ’indice (saut, gradient, ... ) ¾ Grandeurs caractéristiques : - Ouverture numérique - Fréquence spatiale normalisée ON a V . . 2 λ π = 2 2 2 1 sin n n u ON − = = Gaine optique (indice n2<n1) Cœur (indice n1(r)) u ¾ Principe général de guidage : réflexion totale interne à l ’interface cœur-gaine Qu’est-ce qu’une fibre optique ? INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL Fibres Optiques à Saut d’Indice M. ZGHAL fibres à gros cœur rc >> λ ; typiquement rc = 50µm ON = (n2 1-n2 2)1/2 = 0,2 1970-1985 : fibres optiques multimodes INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL M. ZGHAL Gaine n2 Cœur n1 air n0=1 a Rayon guidé Rayon guidé Fibre à saut d ’indice Fibre à gradient d ’indice t t Dispersion Intermodale ∆t ≈50ns/km B.L. ≈20Mbits/s.km ∆t ∆t ∆t = (L/c) (∆) (n1 2/n2) ∆t ≈0,6 ns/km B.L. ≈16Gbits/s.km ∆t = (L/c) (∆2/8) (n1) INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL M. ZGHAL Fibres Optiques à Gradient d’Indice M. ZGHAL Quelques modes des fibres cylindriques INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL Modes d’ordre supérieur INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL REGIMES DE FONCTIONNEMENT MULTIMODE ET MONOMODE V=2π/λ. a. ON aÔ ou ONÔ ⇒V Ô Si V<2,405 la fibre ne guide que le mode fondamental LP01 ⇒fibre «monomode » INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL A partir de 1985 : fibres optiques monomodes Dans le cas d’une fibre unimodale : - il n ’y a plus de dispersion intermodale, MAIS - il demeure une dispersion chromatique, et une dispersion de mode de polarisation fibres à petit cœur rc = quelques λ ; typiquement rc = 5µm ON = (n2 1-n2 2)1/2 = 0,11 INTRODUCTION : l ’avènement des fibres modernes M. ZGHAL INTRODUCTION Quelques caractéristiques des fibres silice monomodes ¾ ouverture numérique faible (ON<0,11) ; ON≈cte / λ ¾ diamètre du cœur petit (a<4,5µm si λT = 1,55µm ) ¾ domaine de fonctionnement monomode : λT > λc = 2π/2,405 . a. ON ¾ biréfringence si βx≠βy ¾ dispersion de modes de polarisation (PMD) ¾ rayon de champ de mode : w0 = f(λ) ¾ Aire effective du mode : Aeff ≈π w0 2 w0 P0 P0/e ¾ dispersion chromatique Dc ∆t+τ L τ = Dc. L. ∆λ vg = c/ng = f(λ) Dc = d (1/vg)/ dλ ∆t M. ZGHAL La dispersion chromatique INTRODUCTION Dc = tgR - tgB L (λR - λB) en ps/(nm.km) Dc > 0 ou dispersion anormale vgB > vgR => tgB < tgR Dc < 0 ou dispersion normale z vgR > vgB => tgR < tgB M. ZGHAL Introduction : la dispersion chromatique dans les fibres classiques Dispersion du matériau (silice) Dm<0 pour λ <1,27µm λ(µm) 1,27 1,2 1,4 1,55 20 1.6 0 10 Dm (ps/(nm.km)) dλ2 d2n1 c λ Dm − = n(λ) 0,4 0,8 1,2 1,6 2 1,42 1,45 1,48 λ (µm) 0,4 0,8 1,2 1,6 2 λ (µm) 0,4 0,8 1,2 1,6 2 λ (µm) dn dλ d2 n dλ2 silice INTRODUCTION M. ZGHAL Dispersion chromatique Dispersion de guide ( fibre à saut d’indice à faible guidage) ( ) ( )         − − = 2 2 2 1 V d BV d V c λ n n Dg 2 e 2 ch λ d n d c λ D − = = Dm + Dg Dispersion normale Dch< 0 „ anormale Dch>0 Introduction : la dispersion chromatique dans les fibres classiques Dg<0 pour V<2,405 1 2 3 V ( ) ( )         2 2 V d BV d V 0 0,5 1 Pour le mode fondamental 0 1 B V INTRODUCTION M. ZGHAL Dispersion chromatique d'une fibre monomode standard Dc ≈Dm + Dg Fibre à saut d'indice n1 = 1.46 n2 = 1.455 a = 4 µm 1.2 1.1 1.3 1.4 1.5 Disp (ps/nm.km) λ (µm) 1.6 1.7 20 0 10 -10 -20 -30 30 INTRODUCTION Dispersion normale Dispersion anormale Comment changer la dispersion chromatique d'une fibre optique ? En changeant la dispersion du matériau ???? En changeant la dispersion du guide !!! Ö Travailler en régime monomode avec des fibres à profil d'indice modifié Ö Travailler avec des modes d'ordres plus élevés M. ZGHAL Quelles sont les causes de la dispersion chromatique ? uploads/Management/ introduction 22 .pdf