Transmission optique Ahmed Benfarah Ecole supérieure des sciences et de technol
Transmission optique Ahmed Benfarah Ecole supérieure des sciences et de technologie de Hammam-Sousse, LA2 STIC 2018-2019, semestre 2 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Sommaire 1 Introduction 2 Fibre optique 3 Émetteur et récepteur opto-électronique 4 Système de transmission sur fibre optique 5 Exemples d’applications Ahmed Benfarah Transmission optique 2 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Éléments d’une chaîne de communication optique Interface optique d’émission: diode électroluminescente (DEL) ou diode laser (DL) Support de transmission: fibre optique Interface optique de réception: photodiode Ahmed Benfarah Transmission optique 3 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Avantages de la fibre optique Très faible atténuation sur une grande plage de fréquence Très grande bande passante Adaptation pour les communications à grande distance Immunité aux perturbations électromagnétiques Ahmed Benfarah Transmission optique 4 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Lumière: nature ondulatoire La lumière est une onde électromagnétique, caractérisée par un champ électrique ⃗ E, un champ magnétique ⃗ B et une longueur d’onde λ [m] tel que λ = c ν où c [m.s−1] est la vitesse de la lumière dans le vide et ν [Hz] est la fréquence Ahmed Benfarah Transmission optique 5 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Lumière: nature corpusculaire La lumière est constituée de particules appelées photons, chaque photon transporte une énergie élémentaire: Eφ = h ·ν où h = 6,626·10−34 [J.s] est la constante de Planck Ahmed Benfarah Transmission optique 6 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Spectre de lumière La lumière visible s’étend du violet au rouge, ce qui correspond aux longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm La lumière visible n’est qu’une partie du spectre de la lumière Le spectre de lumière est constitué de la partie visible + infrarouge + ultraviolet Ahmed Benfarah Transmission optique 7 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Indice de réfraction Ahmed Benfarah Transmission optique 8 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Indice de réfraction Définition L’indice de réfraction n d’un milieu est 1 défini par le rapport entre c et la vitesse de phase vφ de la lumière dans le milieu considéré n = c vφ 2 lié à la permittivité diélectrique ε du milieu n2 = ε ε0 où ε0 = 8,85×10−12 F.m−1 est la permittivité diélectrique du vide Ahmed Benfarah Transmission optique 8 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Indice de réfraction Indice de réfraction de quelques matériaux Air Eau Huile Verre Plastique 1,0002 1,333 1,5 1,47−2,72 1,22 Ahmed Benfarah Transmission optique 8 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Théorie de l’optique géométrique Soit une onde incidente qui traverse le dioptre entre deux milieux diélectriques d’indices respectifs n1 et n2 D’après la loi de Snell-Descartes, l’angle d’incidence et l’angle réfracté sont liés par la relation n1 ·sinθ1 = n2 ·sinθ2 Ahmed Benfarah Transmission optique 9 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Réflexion totale Si n1 > n2, il existe un angle limite θlim tel que si θ1 ≥θlim: on a réflexion totale et Ahmed Benfarah Transmission optique 10 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Réflexion totale Si n1 > n2, il existe un angle limite θlim tel que si θ1 ≥θlim: on a réflexion totale et θlim = arcsin(n2 n1 ) Ahmed Benfarah Transmission optique 10 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Sommaire 1 Introduction 2 Fibre optique 3 Émetteur et récepteur opto-électronique 4 Système de transmission sur fibre optique 5 Exemples d’applications Ahmed Benfarah Transmission optique 11 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Nécessité d’un guidage de la lumière 1/2 La lumière est capable de se propager en espace libre Est-il possible de réaliser des communications optiques en espace libre ? Ahmed Benfarah Transmission optique 12 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Nécessité d’un guidage de la lumière 1/2 La lumière est capable de se propager en espace libre Est-il possible de réaliser des communications optiques en espace libre ? Diffraction: flux lumineux de dimension transverse d et de longueur d’onde λ subit une divergence naturelle θ ≈λ d Ahmed Benfarah Transmission optique 12 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Nécessité d’un guidage de la lumière 1/2 La lumière est capable de se propager en espace libre Est-il possible de réaliser des communications optiques en espace libre ? Diffraction: flux lumineux de dimension transverse d et de longueur d’onde λ subit une divergence naturelle θ ≈λ d Pour les longueurs d’onde optiques, cet angle est en général très petit Ahmed Benfarah Transmission optique 12 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Nécessité d’un guidage de la lumière 2/2 Exercice Pour un faisceau lumineux de diamètre d = 5 mm et à une longueur d’onde λ = 500 nm, calculer l’élargissement du faisceau ∆d après propagation sur une distance l = 1 Km Ahmed Benfarah Transmission optique 13 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Nécessité d’un guidage de la lumière 2/2 Exercice Pour un faisceau lumineux de diamètre d = 5 mm et à une longueur d’onde λ = 500 nm, calculer l’élargissement du faisceau ∆d après propagation sur une distance l = 1 Km Réponse: ∆d = 10 cm Ahmed Benfarah Transmission optique 13 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Nécessité d’un guidage de la lumière 2/2 Exercice Seul un guidage de la lumière permet d’éviter la dispersion de l’énergie par diffraction Ahmed Benfarah Transmission optique 13 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Constitution d’une fibre optique Cœur diélectrique cylindrique d’indice de réfraction nc et de diamètre 2a entouré par la gaine d’indice ng < nc Matériau diélectrique utilisé: verre de silice dopé par du Bore ou du Germanium pour obtenir une différence d’indice Ahmed Benfarah Transmission optique 14 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Caractéristiques d’une fibre optique L’âme ou le cœur est la région de la fibre dans laquelle se propage la lumière La gaine se comporte comme un miroir réfléchissant pour la lumière à l’interface cœur/ gaine Le revêtement est une couche en plastique qui entoure la fibre pour la renforcer, elle aide à absorber les chocs L’armature en fibres permet de protéger le cœur contre les forces d’écrasement et les tensions mécaniques excessives lors de l’installation La gaine extérieure complète la protection mécanique du cœur, elle est généralement du couleur orange, noire ou jaune Ahmed Benfarah Transmission optique 15 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Notations et valeurs typiques Indice de réfraction du cœur nc, exemple: nc = 1,45 Différence d’indice relative ∆= n2 c −n2 g 2n2 c ≃nc−ng nc , exemple: ∆= 10−4 à 10−2 Diamètre du cœur 2a, exemple: 2a = 5 à 50µm Diamètre extérieur de la gaine 2b, exemple: 2b = 125µm Ahmed Benfarah Transmission optique 16 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Condition de guidage Ahmed Benfarah Transmission optique 17 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Condition de guidage sini ≥ng nc Ahmed Benfarah Transmission optique 17 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Condition de guidage sini ≥ng nc = ⇒cosθ ≥ng nc Ahmed Benfarah Transmission optique 17 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Condition de guidage sini ≥ng nc = ⇒cosθ ≥ng nc = ⇒sinθ0 ≤ q n2 c −n2 g Ahmed Benfarah Transmission optique 17 Introduction Fibre optique Émetteur et récepteur opto-électronique Système de transmission sur fibre optique Exemples d’applications Propagation guidée Atténuation et dispersion Angle d’admission et ouverture numérique Définition Angle d’admission: uploads/Management/ transmission-optique-1-166.pdf
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- Publié le Mai 21, 2022
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