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INTRODUCTION GENERALE Les premières liaisons servant à communiquer entre les co

INTRODUCTION GENERALE Les premières liaisons servant à communiquer entre les continents furent les câbles télégraphiques, installés sous la mer depuis l'époque de la guerre de Sécession. Les câbles coaxiaux leurs ont succédé pour acheminer les conversations téléphoniques. Le premier câble coaxial traversant l'Atlantique fut posé en 1955 et correspondait à 48 lignes téléphoniques . La fibre optique s'est, dans une première phase (1984 à 2000), limitée à l'interconnexion des centraux téléphoniques, ces derniers nécessitant de forts débits . Cependant, avec la baisse des coûts entraînée par sa fabrication en masse et les besoins croissants des particuliers en très haut débit, on envisagea depuis 2005 son arrivée même chez les particuliers : FTTH (Fiber To The Home), FTTB (Fiber To The Building), FTTC (Fiber To The Curb), etc. . La course vers les hauts débits a également bénéficié du développement des techniques optiques de multiplexage et de commutation. Le multiplexage consiste à transporter sur un même support physique plusieurs signaux ; la commutation quant à elle, désigne une opération de routage au niveau du réseau global qui permet d'acheminer les signaux d’un émetteur vers un destinataire. Dans les générations de câbles optiques, l'accroissement du débit est assuré par la technique de multiplexage en longueur d'onde , appelé « Wavelength Division Multiplexing » (WDM) . Celui-ci consiste à envoyer plusieurs signaux de longueurs d'onde différentes simultanément dans la même fibre optique. Le Multiplexage et le démultiplexage en longueur d'onde sont effectués par des composants optiques passifs, de façon similaire à la décomposition et recomposition des couleurs de l'arc-en-ciel par un prisme. La technique WDM ouvre également des perspectives de routage optique dans les réseaux. Les communications peuvent être ainsi aiguillées dans telle ou telle direction suivant leur longueur d'onde. Les fibres optiques présentent effectivement des débits élevées, mais lorsque ceux-ci sont supérieurs à 10 Gbits/s sur des milliers de kilomètres, d'autres difficultés majeures d'ordre physique se posent, en particulier la dispersion chromatique et les effets non-linéaires . Les fibres optiques présentent aussi des pertes moindres que les câbles en cuivre utilisés pour les transmissions électriques. En dépit de ces performances remarquables et de l’amplificateur dopé à l’Erbium le signal finit toujours par s'affaiblir après une certaine distance. A chaque ion, de nouveaux effets limitant sont découverts, et de nouvelles parades mises en oeuvre pour chacun d’eux. En général deux questions majeures se posent dans une transmission par fibre optique, à savoir : quelle est la portée maximale des liaisons amplifiées ? et jusqu’à quel débit d’information peut-on aller ? Ce mémoire est composé de trois chapitres : Dans le premier chapitre, nous dresserons l’état des systèmes de transmission par fibre optique ; nous donnons en premier lieu l’historique de la fibre optique ; ensuite sa composition, le principe, les différents types, les différentes applications ainsi que les caractéristiques d’une fibre optique. On parlera aussi des éléments d’une liaison optique à savoir les sources optiques, comme les diodes DEL et les diodes laser, les récepteurs avec la photodiode PIN, les modulations ainsi que les formats de modulation. Le deuxième chapitre est consacré à l’état de Les différentes formats de modulation optiques; nous commençons par optiques puis les caractéristiques de modulations de et applications ; ensuite les différents composants utilisés et les Formats de Modulations Enfin le troisième et dernier chapitre, la partie expérimentale, nous allons commencer par une présentation du logiciel «comsis», ensuite présenter es techniques de multiplexage, la commutation optique, les types de commutateurs optiques, les convertisseurs optiques et les types de convertisseurs optiques. Une conclusion générale avec perspectives est donnée à la fin du mémoire Chapitre 1 : Généralités sur les systèmes de transmission par fibre optique l) Introduction Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. Elle offre un débit d'informations nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et supporte un réseau " large bande " par lequel peuvent transiter aussi bien la télévision, le téléphone, la visioconférence ou les données informatiques . Entourée d'une gaine protectrice, la fibre optique peut être utilisée pour conduire de la lumière entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers, de kilomètres. Le signal lumineux codé par une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité d'informations. En permettant les communications à de très longues distances et à des débits jusqu'alors impossibles, la fibre optique a constitué l'un des éléments clef de la révolution des télécommunications optiques. Ses propriétés sont également exploitées dans le domaine des capteurs (température, pression, etc.) et dans l'imagerie. Un nouveau type de fibres optiques, fibres à cristaux, a également été mis au point ces dernières années, permettant des gains significatifs de performances dans le domaine du traitement optique de l'information par des techniques non linéaires, dans l’amplification optique ou bien encore dans la génération de super continuums utilisables par exemple dans le diagnostic médical. Dans ce chapitre nous allons voir comment s’est développée la transmission par fibre optique ; la composition, le principe de fonctionnement, les différents types, les différentes applications ainsi que les caractéristiques d’une fibre optique. Par la suite nous parlerons des sources optiques (DL et DEL), du récepteur avec la photodiode PIN, de l’amplificateur dopé à l’erbium EDFA et des formes de modulation. ll. Structure de la fibre optique La fibre optique est composée de deux cylindres transparents : o le cylindre intérieur s’appelle le coeur, de silice pure à haut indice de réfraction nc o le cylindre extérieur s’appelle la gaine, de silice pure à plus faible indice de réfractionng Ces deux cylindres sont protégés par un revêtement. Figure I Figure I.1 : Structure de la Fibre Optique Dans le domaine des télécommunications optiques, le matériau privilégié est la silice très pure car elle présente des pertes optiques très faibles. Quand l’atténuation n’est pas le principal critère de sélection, on peut également mettre en oeuvre des fibres en matière plastique . NB : Lorsqu’une fibre optique n’est pas encore alimentée, on parle de fibre optique noire. 1) Principe de la fibre optique La fibre optique est un guide d’onde qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Lorsqu’un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l’une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu’à l’autre extrémité de la fibre optique. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée. Une fibre optique est souvent décrite selon deux paramètres : la différence d’indice normalisé, qui donne une mesure du saut d’indice entre le coeur et la gaine : Δ = (nc – ng) / ncOù nc est l’indice de réfraction du coeur, et ng celui de la gaine. l’ouverture numérique de la fibre, elle est mesurée par rapport à l’axe de la fibre. Elle nous renseigne sur la capacité qu’a une fibre pour propager les rayons optiques . sinθmax = nc2 - ng2 [ I.2 ] lll_ Types de fibre optique Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon leur diamètre et la longueur d’onde utilisée : Fibres monomodes et multimodes. lll_1 Fibres multimodes (MMF) La fibre multimode, dénommée MMF (MultiMode Fiber), a été la première sur le marché. Elle a pour caractéristique de transporter plusieurs modes (trajets lumineux) simultanément [2] et est composée d’un diamètre du coeur important (supérieur ou égale à 50 microns). Elles sont principalement utilisées dans les réseaux locaux dont la distance n’excède pas 2 kilomètres du fait de la dispersion modale. La transmission des données se fait au moyen d’une LED (Light Emitting Diode) d’une longueur d’onde de 850 nanomètres ou 1300 nanomètres . Deux types de fibres multimodes sont disponibles : les fibres à saut d’indice et les fibres à gradient d’indice. a) Fibre à saut d’indice Dont l’indice de réfraction du coeur est homogène dans toutes les directions. La propagation des rayons lumineux se fait par différents chemins à la même vitesse quel que soit leurs angles par rapport à l’axe du coeur. Ces rayons arrivent au récepteur avec des retards différentiels qui deviennent rapidement très prohibitif au-delà d’une certaine distance. Il en résulte une dispersion de l’énergie du signal dans le temps qui se traduit par un étalement de celui-ci . Figure I.2 : Fibre à saut d’indice b) Fibre à gradient d’indice Dont l’indice de réfraction du coeur n’est pas homogène, elle est caractérisée par un diamètre de coeur de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de micromètres . Elle permet de minimiser la dispersion modale (à une longueur d’onde donnée) et est couramment utilisée à l’intérieur des bâtiments . Figure I.3 : Fibre à gradient d’indice lll.2) Fibres monomodes (SMF) La fibre optique monomode, dénommée SMF (Single Mode Fiber) est composée d’un coeur de diamètre inférieur ou égale à 10 microns, elle est principalement utilisée par les opérateurs pour parcourir de longues distances. La transmission des données se fait au moyen d’un laser d’une uploads/Management/ introduction-generale-imene.pdf