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CHAPITRE 2 : ETUDE DE LA FIBRE OPTIQUE I. Introduction : La fibre optique est une innovation relativement récente qui a rapidement pris un rôle prépondérant dans le monde des télécommunications pour sa capacité à véhiculer un grand nombre d'information sur une longue distance. Le principe de la fibre optique : consiste à transmettre un signal lumineux à travers un milieu transparents. L'apparition de la fibre optique a totalement révolutionné le monde des télécommunications. La conception de systèmes de transmission à très grande capacité est désormais possible. De plus, les échanges à travers ces systèmes vont être de plus en plus nombreux et la demande de services de plus en plus élevée. Il en résulte un bouleversement des réseaux de télécommunications précédents et un besoin de mettre en place de nouvelles structures. Introduction Historique de la Fibre : Les premiers câbles sous-marins servant à communiquer entre continents ont été les câbles télégraphiques, installés depuis les temps de la guerre de sécession. Leur ont succédé les câbles coaxiaux, pour acheminer les conversations téléphoniques. Le premier câble coaxial reliant les deux côtés de l'Atlantique, posé en 1955, correspondait à 48 lignes téléphoniques. En 1968, le chercheur anglais K.C. Kao découvrit que les pertes de la silice fondue pouvaient être inférieures à 20 dB/km dans l'infrarouge proche. Peu après, les chercheurs des Bell Telephon Laboratories américains, et d'autres laboratoires, montrèrent que des fibres, en verre ou en silice dopée, pouvaient être fabriquées avec des longueurs de plusieurs kilomètres et des pertes de l'ordre du dB / km. Introduction Historique de la Fibre En1979, des pertes de 0,2 dB / km ont même été mesurées à une longueur d'onde de1,55 nm, ce qui signifiait qu'une séparation source-détecteur (sans répéteur) de plus de 100 km était alors possible. Le premier câble sous-marin transatlantique TAT 8 (Trans-Atlantic câble) utilisant des fibres optiques fut posé en 1988 et offre une capacité de 280Mbits/s par paire de fibres à 1310 nm et à cette époque pour l'utilisateur, un signe tangible de cette mutation vers les fibres optiques dans les communications téléphoniques intercontinentales a été la disparition du temps mort de 0,4 seconde, dû à la liaison vers le satellite relais. TAT 9 qui suivit en 1991, travaille quant à lui à1550 nm, avec une capacité de 560Mbits / s par paire de fibres. Introduction Le système de communication optique Un système de communication comprend trois éléments principaux : Un transmetteur (émetteur) ; Une ligne de transport (support) ; Un récepteur. Le système de communication à base de fibres optiques a une conception similaire à n’importe quel système de communication. La chaîne de transmission optique est la transmission des signaux sur une certaine distance, elle est constituée principalement de : Côté émission : une source de lumière (Laser ou DEL) qui sert à convertir le signal électrique en signal optique ; Un support de transmission : qui est un câble en fibres optiques ; Côté réception : un photodétecteur (PIN ou APD) qui sert à effectuer l’opération inverse convertir le signal optique en signal électrique. Introduction Le système de communication optique Le principe consiste à transformer le signal électrique, à le transmettre en signal lumineux, l’envoyer sur une fibre optique, et le récupérer à la fin du parcours en faisant l’opération inverse. La lumière subit des réflexions totales et multiples tout le long de la fibre optique et ne subit pas beaucoup d’atténuation, ce qui permet de parcourir de longues distances. Introduction Les avantages de la fibre optique: La fibre optique est vite apparue très intéressante pour le domaine des télécommunications. Elle représente un support de transmission dont les nombreux avantages justifiant son introduction dans les systèmes de transmission sont donnés ci-après : Faibles pertes de transmission : on sait actuellement fabriquer des fibres ayant une atténuation inférieure à 0,2 dB/Km. En effet cette faible atténuation permet de réaliser de très longues liaisons utilisant moins de répéteurs (régénérateurs), donc réduction de coût des systèmes ainsi que leur entretien. De même la perte de signal sur une grande distance bien plus faible que lors d'une transmission électrique dans un conducteur métallique, la vitesse de transmission très élevée. Introduction Les avantages de la fibre optique: Petites dimensions et faible poids : la pose du câble est rendue facile et nécessite moins de personnel. C’est important, aussi bien pour réduire le poids qu'exercent les installations complexes dans les bâtiments, que pour réduire la traction (tirage) des longs câbles à leurs extrémités. Insensibilité aux interférences extérieures et à la diaphonie : cette propriété permet d’assurer la sécurité de l’information dans tout environnement électromagnétiquement bruyant (proximité d'un néon, d’un câble à haute tension ou bien ligne de voie ferrée...). II. Description physique de la fibre optique : La fibre optique est un guide d'onde qui exploite les principes de réfraction de la lumière. Elle est habituellement constituée d'un cœur entouré d'une gaine. Le cœur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé (différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L’ensemble est généralement recouvert d’une gaine plastique de protection. II. Description physique de la fibre optique : La propagation des ondes dans les fibres optiques peut s’étudier à l’aide de deux théories différentes : La théorie de l’optique géométrique (approche géométrique) ; La théorie de Maxwell (approche électromagnétique ou ondulatoire). II.1. Approches géométriques : L’étude de la propagation à partir de cette approche n’est possible que si les dimensions du milieu de propagation (cœur) sont très grandes comparées à la longueur d’onde de fonctionnement. Cette approche, valable pour les fibres multimodes, permet de prévoir les trajectoires des ondes à partir de la connaissance de paramètres de la fibre. II. Description physique de la fibre optique : 1. Notion de base : 1.1. Indice de réfraction : Un milieu de propagation quelconque est caractérisé par trois paramètres : A partir de deux premiers paramètres on définit l’indice de réfraction n du milieu qui est donné par l’expression suivante : II. Description physique de la fibre optique : 1. Notion de base : 1.2. Vitesse de propagation : L’indice de réfraction n permet de déterminer la vitesse de propagation de l’onde. Cette vitesse est donnée par l’expression suivante : Où : v : Représente la vitesse de propagation ; c : La vitesse de la lumière dans le vide ; n : L’indice de réfraction. La vitesse de propagation(v)est inversement proportionnelle à l’indice de réfraction(n) du milieu dans lequel elle se propage. II. Description physique de la fibre optique : 1. Notion de base : 1.3. Rayon optique : L’onde optique qui se propage dans la fibre est une onde électromagnétique. Elle est donc caractérisée par : On définit le rayon optique comme étant la trajectoire de l’onde électromagnétique correspondant à la direction du vecteur d’onde. La notion de rayon est très utilisée en optique géométrique. II. Description physique de la fibre optique : 2. Lois de Snell-Descartes: Un rayon réfléchi (milieu1) ; Un rayon réfracté qui est transmis (milieu2). II. Description physique de la fibre optique : 2. Lois de Snell-Descartes: Les directions des rayons transmis et réfracté sont données par les deux lois de Snell-Descartes : Une partie du rayon lumineux est réfléchie dans le milieu d’indice n1, l’autre partie est réfractée dans le milieu n2. II. Description physique de la fibre optique : 3. Propagation dans la fibre: La propagation dans la fibre se fait par réflexions successives sur l’interface cœur-gaine. II. Description physique de la fibre optique : 3. Propagation dans la fibre: 3.1. Angle critique : La propagation des rayons optiques se fait par la réflexion successive sur l’interface cœur gaine. Pour que les rayons injectés dans la fibre soient totalement réfléchis par l’interface cœur gaine, il est nécessaire que l’angle d’incidence soit supérieur à l’angle critique, cette condition impose l’existence à l’entrée de la fibre d’un cône d’acceptante (angle en sommet 2θAcc), à l’intérieur du quel tout rayon injecté se propage par réflexion totale. L’angle critique est donné par l’expression : II. Description physique de la fibre optique : 3. Propagation dans la fibre: Dans ces conditions, les rayons transmis de la source vers la fibre peuvent être classé en deux classes : Tout rayon d'entrée situé dans le cône va se propager dans le cœur par réflexion totale. Tout rayon en dehors du cône va se réfracter à l'interface et sera perdu dans la gaine optique et éventuellement dans l'enveloppe protectrice (ces rayons ne sont pas guidés et occasionnent des pertes de propagation). La distance à partir de laquelle ces rayons disparaissent s’appelle longueur d’équilibre. II. Description physique de la fibre optique : 3. Propagation dans la fibre: 3.2. Ouverture Numérique : L’ouverture numérique est un paramètre très important qui nous renseigne sur la capacité qu’à une fibre pour propager les rayons optiques. L’ouverture numérique caractérise l’angle maximum 0 (voir figure 6) que peut faire le faisceau pour assurer uploads/Management/ presentaion3-chapitre2-etude-de-la-fibre-optique.pdf