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1 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5

1 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 - Qu’est-ce qu’une fibre optique ? - Principes de base - Monomode / Multimode - Atténuation, fenêtres de propagation - Principales caractéristiques - Transmission sur fibre optique - Boucle Locale Optique La fibre optique 2 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 - Le signal lumineux est propagé dans et à proximité du cœur. - La gaine optique sert essentiellement à amener le diamètre à 125µm, pour des raisons mécaniques. - Le revêtement sert à protéger la fibre optique. Diamètre 0,25 mm Revêtement plastique Gaine optique (Silice) Cœur (Silice) Diamètre 0,125 mm La fibre optique 3 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 - L’indice de réfraction n : Dans un matériau transparent, l’indice de réfraction mesure la vitesse de la lumière par rapport à sa vitesse dans le vide - Loi de Snell-Descartes : v = c/n n1sin θ θ θ θ1 = n2sin θ θ θ θ2 Si n1 > n2 le rayon s'écarte de la normale. Si θ θ θ θ1 > arcsin (n2/n1), il y a réflexion totale. La fibre optique n2 n1 θ θ θ θ2 θ θ θ θ1 4 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Condition de guidage dans le cœur : Condition de guidage dans le cœur : Sinon le rayon est réfracté dans la gaine de la fibre Sinon le rayon est réfracté dans la gaine de la fibre θ θ θ θ1 ≥ ≥ ≥ ≥arcsin n2 n1 n1 (cœur) n2 (gaine) α α α α α α α α θ θ θ θ θ θ θ θ1 1 n1>n2 Propagation dans la fibre optique 5 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Propagation dans la fibre optique Angle d’incidence maximal à l’entrée de la fibre, Angle d’incidence maximal à l’entrée de la fibre, soit l’ouverture du cône soit l’ouverture du cône d’acceptance d’acceptance, , appelée ouverture numérique ON : appelée ouverture numérique ON : ON = sin ON = sin α α α α α α α αmax max = = n1 sin π 2 −θ1lim       = n1 2 −n2 2 ( ) n1 (cœur) n2 (gaine) α α α α α α α α θ θ θ θ θ θ θ θ1 1 6 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Fibre à saut d'indice Fibre à saut d'indice multimode multimode ø cœur = 100 µm ø extérieur = 140 µm Indice de réfraction dans le cœur n Indice de réfraction dans le cœur n1 1 constant constant ø n1 (cœur) n2 (gaine) n α α α α α α α α θ θ θ θ θ θ θ θ1 1 La fibre optique multimode 7 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Fibre à gradient d'indice Fibre à gradient d'indice multimode multimode L’indice du cœur diminue suivant une loi parabolique depuis l’ax L’indice du cœur diminue suivant une loi parabolique depuis l’axe jusqu’à e jusqu’à l’interface cœur l’interface cœur- -gaine. gaine. La diminution de l'indice fait que la lumière se propage plus vi La diminution de l'indice fait que la lumière se propage plus vite, ce qui te, ce qui réduit la dispersion intermodale. réduit la dispersion intermodale. ø cœur = 50, 62.5 ou 85 µm n2 n1 n ø ø extérieur = 125 µm La fibre optique multimode 8 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Propagation Propagation multimode multimode On définit le paramètre V (fréquence normalisée) avec a : rayon On définit le paramètre V (fréquence normalisée) avec a : rayon du cœur (V < 2.405 si monomode) du cœur (V < 2.405 si monomode) Le nombre de modes M est donné par : Le nombre de modes M est donné par : (approximation vraie pour (approximation vraie pour un grand nombre de modes) un grand nombre de modes) dans une fibre à saut d’indice dans une fibre à saut d’indice Le rayon lumineux a plusieurs manières de se propager dans le cœ Le rayon lumineux a plusieurs manières de se propager dans le cœur ur de la fibre, chaque mode ayant une vitesse de propagation propre de la fibre, chaque mode ayant une vitesse de propagation propre (vitesse (vitesse suivant l’axe de propagation) suivant l’axe de propagation) V = 2πa λ 0 n1 2 −n2 2 ( ) M = V 2 2 La fibre optique multimode 9 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Fibre à saut d’indice monomode Fibre à saut d’indice monomode La fibre optique monomode Sélection d’un seul mode de propagation se propageant au voisina Sélection d’un seul mode de propagation se propageant au voisinage de l’axe ge de l’axe ø cœur = 9 µm ø extérieur = 125 µm n1 n ø 10 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 - La fibre multimode : A été la première utilisée. Est facile à utiliser (gros cœur ~ tolérances élevées) mais a une limitation intrinsèque de bande passante. ⇒ ⇒ ⇒ ⇒Réservée aux courtes distances : réseaux informatiques. - La fibre monomode : A une bande passante pratiquement infinie (en théorie) mais requiert des composants chers et des tolérances faibles. ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Est devenue la solution universelle des systèmes de télécommunications. La fibre optique multi/monomode 11 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 • Diamètre de mode (2W0) : – La lumière est guidée par le cœur. Mais, en monomode, une partie importante de la puissance est transmise dans la gaine. – Le profil de puissance lumineuse est à peu près "gaussien", id est en forme de cloche I=I0exp-2r2/w0 2. – Le diamètre de mode est le diamètre de la courbe à 1/e2, soit environ mi-hauteur. • C'est pourquoi l'épaisseur de la gaine est importante dans les fibres monomodes. • Le diamètre de mode varie avec la longueur d’onde. Diamètre de mode 12 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Le guidage du mode varie avec la longueur d’onde : – Aux grandes longueurs d’onde le mode est guidé. – Aux courtes longueurs d’onde, le mode est guidé mais des modes d’ordre supérieur sont guidés aussi. La longueur d’onde de coupure est celle au-dessus de laquelle la fibre devient monomode. a = rayon du cœur – En dessous de λ λ λ λc le mode fondamental perd de l’énergie au profit de modes d’ordre supérieur. Longueur d’onde de coupure λ c = 2π 2,404 a.ON 13 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Atténuation (dB/km) Atténuation / Longueur d'onde La mesure d’atténuation spectrale consiste à mesurer l’affaiblissement de la fibre sur une plage de longueurs d’onde. Longueur d’onde (nm) Ultraviolet Hétérogénéité du verre Infrarouge Interaction photon atome Interaction avec des ions OH 3,5 0,2 0,4 850 1300 1550 Typique 1970 Typique 1990 14 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 • La première fenêtre (0.8-0.9 µm) : – Atténuation élevée ( ~ 3 dB/km) – Composants très bon marché (Diodes LED) ⇒ ⇒ ⇒ ⇒n’est utilisée qu’en multimode. • La deuxième fenêtre (1.28-1.33 µm) : – Lasers disponibles depuis longtemps et peu chers – Atténuation raisonnable (0,33 dB/km) – Dispersion chromatique nulle ⇒ ⇒ ⇒ ⇒est encore largement utilisée. Fenêtre de transmission 15 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 La troisième fenêtre (1.525-1.625 µm) : - Atténuation minimale (0,2 dB/km) - Lasers et amplificateurs performants (mais assez chers) - Existence de systèmes très performants (DWDM) - Deux sous-bandes : C 1525-1565 nm, L 1565-1625 nm ⇒C'est la fenêtre de choix pour quasiment toutes les applications modernes. On sait faire des fibres à "dispersion décalée" et même des fibres à "dispersion plate" entre 1,3 et 1,55 µm Fenêtre de transmission 16 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Deux effets limitent la capacité de transmission : -Atténuation : une partie du signal, sous forme de lumière, est perdue - Dispersion chromatique: le signal reçu est déformé par rapport au signal émis (dégradation) Atténuation Atténuation Le signal qui se propage s'affaiblit Dispersion Dispersion Le signal qui se propage s'élargit t1 t2 La fibre optique 17 CNAM Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 5 Au cours de la propagation dans la fibre, la puissance décroît selon la loi : α α α α est le coefficient d’atténuation en Neper/m. On définit plutôt l’atténuation en dB/km : La relation entre A et α α α α est : P z ( ( ( ( ) ) ) ) = = = = P ine− − uploads/Management/ la-fibre-optique-tt-bien.pdf