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N° d’ordre : 07 / TCO/TRC Année Universitaire : 2003 / 2004 UNIVERSITE D’ANTANA

N° d’ordre : 07 / TCO/TRC Année Universitaire : 2003 / 2004 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ------------------------ ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE ------------------------ DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION MEMOIRE DE FIN D’ETUDES en vue de l’obtention du DIPLOME D’INGENIEUR Spécialité : Télécommunication Option : Transmission – Réseau – Commutation par : RASOLOFOARINALA Miandrisoa Soutenu le vendredi 25 février 2005 devant la Commission d’Examen composée de : Président : M. RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste Examinateurs : M. BOTO Andrianandrasana Jean Espérant M. RAMORASATA Joseph Raphaël M. RANDRIARIJAONA Lucien Elino Directeur de mémoire : M. RANDRIANTSIRESY Ernest LIAISONS PAR FIBRES OPTIQUES REMERCIEMENTS Je rends grâce à Dieu pour sa bonté, de m’avoir donné la force et la santé durant la réalisation de ce mémoire. Je tiens également à adresser mes vifs remerciements aux personnes suivantes sans qui ce travail de mémoire n’aurait pas pu être réalisé : Monsieur RANDRIANOELINA Benjamin, Professeur, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA), pour ces cinq années d’études. Monsieur RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste, Professeur, Chef du Département Télécommunication à l’ESPA, qui me fait l’honneur de présider le Jury de ce mémoire; Monsieur, M. RANDRIANTSIRESY Ernest, Directeur de ce mémoire qui, malgré ses lourdes responsabilités, m’a toujours prodigué ses conseils. Je tiens à lui adresser toute ma gratitude ; Monsieur BOTO Andrianandrasana Jean Espérant, Assistant, Enseignant Chercheur au sein du Département Télécommunication à l’ESPA, de bien vouloir examiner le présent mémoire; Monsieur, M. RAMORASATA Joseph Raphaël, Assistant, Enseignant Chercheur au sein du Département Télécommunication à l’ESPA, de bien vouloir examiner le présent mémoire; Monsieur RANDRIARIJAONA Lucien Elino, Assistant, Enseignant Chercheur au sein du Département Télécommunication à l’ESPA, membre du Jury ; Tous les enseignants et personnel de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo et ceux du Département Télécommunication particulièrement, sans leurs efforts notre formation n’aurait pas pu atteindre cette étape. Je n’oublierai pas ma famille pour leurs soutiens bienveillants et leurs encouragements lors de la réalisation de ce mémoire. Plus particulièrement, à mes parents pour leurs sacrifices durant ces longues années afin que je puisse finir mes études. Tous ceux qui ont contribué, de près ou de loin, à l’élaboration de ce mémoire. i TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................. i NOMENCLATURE ..................................................................................................................................... iv INTRODUCTION ......................................................................................................................................... 1 CHAPITRE I . GENERALITES SUR LA FIBRE OPTIQUE ................................................................. 2 I.1 Introduction ........................................................................................................................................................... 2 I.2 Propagation dans la fibre optique ......................................................................................................................... 2 I.2.1 Propagation d’ondes lumineuse ..................................................................................................................... 2 I.2.2 Loi de Descartes ............................................................................................................................................... 3 I.2.3 Angle limite et condition de guidage .............................................................................................................. 3 I.2.4 Ouverture numérique (ON) ............................................................................................................................ 4 I.3 Différents types de fibre ......................................................................................................................................... 5 I.3.1 Fibre multimode .............................................................................................................................................. 5 I.3.1.1 Fibre multimode à saut d’indice .............................................................................................................................. 5 I.3.1.2 Fibre multimode à saut d’indice .............................................................................................................................. 6 I.3.2 Fibre monomode .............................................................................................................................................. 7 I.3.3 Comparaison entre fibre multimode et monomode ...................................................................................... 7 I.4 Dispersion des fibres .............................................................................................................................................. 8 I.4.1 Dispersion intermodale ................................................................................................................................... 8 I.4.2 Dispersion chromatique .................................................................................................................................. 9 I.5 Atténuation de fibres optiques ............................................................................................................................. 10 I.5.1 Atténuation intrinsèque ................................................................................................................................ 10 I.5.1.1 Diffusion ................................................................................................................................................................. 10 I.5.1.2 Absorption .............................................................................................................................................................. 11 I.5.2 Pertes aux raccordements ............................................................................................................................. 11 I.5.2.1 Causes des pertes .................................................................................................................................................... 11 I.5.2.2 Calculs des pertes ................................................................................................................................................... 12 I.5.3 Pertes par courbure et microcourbure ........................................................................................................ 12 I.5.3.1 Causes des pertes .................................................................................................................................................... 12 I.5.3.2 Effet des courbures ................................................................................................................................................ 13 I.5.3.3 L’effet de microcourbures ...................................................................................................................................... 13 I.6 Fenêtre de transmission ...................................................................................................................................... 14 I.7 Avantages de l’utilisation de la fibre optique ...................................................................................................... 14 I.8 Optimisation des fibres optiques .......................................................................................................................... 14 CHAPITRE II . LIAISONS PAR FIBRES OPTIQUES ........................................................................ 17 II.1 Structure d’une liaison point à point par fibres optiques ................................................................................. 17 II.2 Interface optoélectronique d’émission .............................................................................................................. 17 ii II.2.1 La diode électroluminescente ...................................................................................................................... 18 II.2.1.1 Principe de l’émission de lumière dans un semi-conducteur .............................................................................. 18 II.2.1.2 Principe des diodes DEL ...................................................................................................................................... 18 II.2.1.3 Caractéristiques des diodes DEL .......................................................................................................................... 19 II.2.1.4 Rendement d’une diode ........................................................................................................................................ 20 II.2.2 Diode LASER ............................................................................................................................................... 23 II.2.2.1 Principe du laser ................................................................................................................................................... 23 II.2.2.2 Spectre d’émission ................................................................................................................................................ 24 II.2.2.3 Bruit des lasers ..................................................................................................................................................... 25 II.2.3 Techniques de modulation .......................................................................................................................... 26 II.2.3.1 La modulation directe ........................................................................................................................................... 26 II.2.3.2 La modulation externe .......................................................................................................................................... 27 II.3 Interface optoélectronique de réception ............................................................................................................ 28 II.3.1 Photodiodes PIN ........................................................................................................................................... 28 II.3.1.1 Principe ................................................................................................................................................................. 28 II.3.1.2 Sensibilité .............................................................................................................................................................. 29 II.3.1.3 Courant d’obscurité .............................................................................................................................................. 30 II.3.1.4 Temps de réponse.................................................................................................................................................. 30 II.3.2 Photodiodes à avalanche (PDA) .................................................................................................................. 30 II.3.2.1 Principe ................................................................................................................................................................. 30 II.3.2.2 Structure ............................................................................................................................................................... 30 II.3.2.3 Tension de claquage ............................................................................................................................................. 31 II.3.2.4 Coefficient de multiplication ................................................................................................................................ 31 II.3.3 Bruits des photodiodes ................................................................................................................................. 32 II.3.3.1 Bruit de grenaille ou bruit quantique .................................................................................................................. 32 II.3.3.2 Bruit des diodes à avalanche ................................................................................................................................ 32 II.3.3.3 Bruit thermique .................................................................................................................................................... 33 II.3.3.4 Puissance équivalente de bruit ............................................................................................................................. 33 II.3.4 La détection .................................................................................................................................................. 33 II.3.4.1 La détection directe ............................................................................................................................................... 34 II.3.4.2 La réception hétérodyne ....................................................................................................................................... 34 II.3.5 Rapport signal sur bruit en sortie du récepteur ........................................................................................ 35 II.4 Les répéteurs ou amplificateurs ......................................................................................................................... 36 II.4.1 Différents types des amplificateurs optiques ............................................................................................. 37 II.4.1.1 Les amplificateurs à semi-conducteur (AOSC) ................................................................................................... 37 II.4.1.2 Les amplificateurs à fibre dopée (EDFA) ............................................................................................................ 38 II.4.1.3 Les amplificateurs Raman .................................................................................................................................... 39 II.4.2 Comparaison des amplificateurs ................................................................................................................ 40 II.4.3 Utilisation de l'amplificateur optique ......................................................................................................... 41 II.5 Techniques de multiplexage ............................................................................................................................... 41 II.5.1 Le multiplexage temporel (TDM) ............................................................................................................... 42 iii II.5.1.1 Multiplexage temporel optique (OTDM) .............................................................................................................. 43 II.5.1.2 Multiplexage Temporel Electronique (ETDM) .................................................................................................... 44 II.5.2 Le multiplexage en longueur d'onde (WDM) ............................................................................................ 45 II.5.3 Le multiplexage en longueur d'onde combiné au multiplexage temporel ............................................... 46 II.5.4 L'accès multiple à répartition de codes (CDMA) ...................................................................................... 47 II.6 Bilan de liaisons par fibres optiques .................................................................................................................. 47 II.6.1 Puissances maximale et minimale de réception ......................................................................................... 48 II.6.2 Atténuation due à la dispersion .................................................................................................................. 48 II.6.3 Portées maximales (en kilomètres) des liaisons par fibres optiques ........................................................ 49 CHAPITRE III . ANALYSE ET ETUDE DE PERFORMANCE DES LIAISONS PAR FIBRES OPTIQUES .................................................................................................................................................. 50 III.1 Présentation de MATLAB .............................................................................................................................. 50 III.1.1 Fonctions de Matlab pour les graphiques ................................................................................................ 51 III.1.2 Génération des signaux .............................................................................................................................. 51 III.2 Présentation du logiciel .................................................................................................................................... 52 III.2.1 Partie bilan de liaison ................................................................................................................................. 52 III.2.1.1 Exemple du calcul : ............................................................................................................................................. 53 III.2.1.2 Programme correspondant à ce calcul ............................................................................................................... 54 III.2.1.3 Programme donnant les courbes de dispersion et atténuation chromatique ..................................................... 57 III.2.2 Partie comparaison avec un autre support de transmission ................................................................... 59 III.2.2.1 Exemple d’application ........................................................................................................................................ 60 III.2.2.2 Visualisation du signal reçu ............................................................................................................................... 63 CONCLUSION ............................................................................................................................................ 65 ANNEXE 1 : Caractéristiques de quelques fibres optiques monomodes ............................................... 66 ANNEXE 2 : Le FDDI................................................................................................................................. 67 ANNEXE 3 : Programme donnant la fenêtre d’accueil ........................................................................... 68 BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 73 iv NOMENCLATURE λ Longueur d’onde 2 n Indice de réfraction de la gaine o λ Longueur d’onde dans le vide r τ Durée de la transition radiative nr τ Durée de vie de transition non radiative t e Excentrement transversal n Indice de milieu E P Puissance émise a ρ Rendement d’absorption c ρ Rendement de l’angle critique F ρ Rendement lié aux pertes de Fresnel. c Vitesse de la lumière dans le vide 1 i Angle formé par le rayon réfléchi 2 i Angle formé par un rayon réfracté L 0 θ Angle incident limite à l’entrée de la fibre iL i Angle limite A Atténuation mono α Atténuation linéique El B Bande de fréquence électrique Opt B Bande de fréquence optique q Charge de l’électron T Coefficient de transmission h Constante de Planck D i Courant d’obscurité s i Courant du signal i Courant total dans la photodiode I Courant traversant la diode α D Désalignement d’angle α v D Détectivité a Diamètre du cœur o w 2 Diamètre du mode + ∆n Différence absolue d’indice entre le cœur dopé germanium et la silice pure ∆ Différence relative d’indice G D Dispersion due au guide M D Dispersion due au matériau e D Écartement longitudinal c E Énergie dans la bande de conduction v E Énergie dans la bande de valence g E Énergie dans la bande interdite ( ) M F Fonction croissante du gain M ou facteur d’accès de bruit f Fréquence c F Fréquence de coupure V Fréquence réduite M Gain d’avalanche o n Indice de réfraction de l’air 1 n Indice de réfraction du cœur λ ∆ Largeur spectrale de la source F M Marge de fonctionnement s M Marge de sécurité 2 q i Moyenne du bruit quantique 2 A i Moyenne quadratique du bruit de l’amplificateur 2 s i Moyenne quadratique du courant de bruit e n Nombre d’électrons o k Nombre d’ondes dans le vide N Nombre de mode vi ρ n Nombre de photons émis ( ) λ D Paramètre de dispersion chromatique α Paramètre de profil d’indice R A Perte aux raccordements c α Perte transitoire à l’entrée de la courbure dans une fibre multimode o P Puissance optique R P Puissance reçue c R Rayon critique cr ρ Rendement de l’angle critique qL ρ Rendement quantique de luminescence q ρ Rendement quantique interne S Sensibilité A S Surface active mo T Taux de modulation optique B V Tension de claquage inverse v Vitesse de la lumière dans un matériau d’indice n max R P Puissance maximale admissible ON Ouverture numérique DL Diode laser RZ Retour à Zero IT Intervalle de uploads/Management/ rasolofoarinalamiandrisoa-espa-ing-05.pdf