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Fiche Technique Transmission par FIBRE OPTIQUE optique.doc page 1/4 1. Réflexio

Fiche Technique Transmission par FIBRE OPTIQUE optique.doc page 1/4 1. Réflexion et Réfraction : un rayon lumineux entrant de l'air dans l'eau subit - une réflexion (rayon réfléchi) - et une réfraction (rayon réfracté) : soit i1 l'angle entre le rayon incident et la normale à la surface de séparation, i2 l'angle entre le rayon réfracté et la normale, i3 l'angle entre le rayon réfléchi et la surface. on a : i1 = i3 et n1. sin i1 = n2. sin i2 n : indice de réfraction du milieu n = c / v (vitesse de la lumière dans le vide / vitesse de la lumière dans le milieu) air : n = 1 eau : n = 1,33 plastique : n ~ 1,5 exercices : 1. calculer i2 et i3 pour un passage air/eau selon la figure ci-dessus, pour i1 = 45° 2. quelle est la vitesse de la lumière dans l'eau ? 3. une lampe tenue par un homme-grenouille en plongée dirige un faisceau de lumière à la surface d'un lac sous un angle d'incidence de 40°. Calculez l'angle de réfraction. i1 i3 i2 air eau Fiche Technique Transmission par FIBRE OPTIQUE optique.doc page 2/4 2. Réflexion totale : Quand la lumière passe d'un milieu d'indice élevé à un milieu d'indice plus faible, l'angle du rayon réfracté est plus grand que l'angle du rayon incident. L'angle du rayon réfracté ne pouvant être supérieur à 90°, il arrive qu'il n'y ait plus de rayon réfracté, mais seulement un rayon réfléchi. C'est la situation de réflexion totale : la lumière ne peut plus sortir du premier milieu. Dans la figure du milieu, quand l'angle du rayon réfracté est de 90°, l'angle du rayon incident est l'angle limite (rayon à la limite de la réflexion totale). Dans la figure de droite, on a la réflexion totale. exercices : 1. calculer l'angle limite de réflexion totale pour un rayon allant de l'eau vers l'air. 2. un poisson nageant dans un étang à une profondeur de 2m, à quelle distance doit-il être du bord pour ne plus être visible d'un pêcheur assis au bord de l'étang ? i1 n1 n2 i2 i1 i1 i2=90° i3 n1 n2 n1 n2 Fiche Technique Transmission par FIBRE OPTIQUE optique.doc page 3/4 3. Fibres optiques : La condition à laquelle la lumière soit transmise dans une fibre optique avec un minimum de pertes, c'est d'être dans un cas de réflexion totale. Pour cela, la fibre est constituée d'un cœur d'indice n1 et d'une gaine d'indice n2, tel que n2<n1. R1 est le rayon qui suit l'axe de la fibre. R2 est le rayon qui est à la limite de la réflexion totale. Les relations entre les angles sont : n0 . sin a0 = n1 . sin a1 a1 = a2 n1 . sin a1 = n2 . sin 90° L'ouverture numérique de la fibre est : ON = sin a0 exercices : 1. montrer que l'expression de l'ouverture numérique est 2. calculer l'ouverture numérique pour n0=1 ; n1=1,5 ; n2=1,48 3. donnez l'expression du temps T1 mis par le rayon R1 pour traverser la fibre, en fonction de L (longueur de la fibre), c (vitesse de la lumière dans le vide), et n1 (indice du cœur). 4. donnez l'expression du temps T2 mis par le rayon R2 pour traverser la fibre, en fonction de L (longueur de la fibre), c (vitesse de la lumière dans le vide), et n1 (indice du cœur) et n2 (indice de la gaine). 5. une impulsion de lumière émise à l'entrée de la fibre, est composée de tous les rayons possibles entre R1 et R2. A cause des retards différents subis par ces rayons, l'impulsion de lumière arrivera à l'autre extrémité de la fibre avec un étalement égal à (T2 - T1). Donnez l'expression de (T2-T1) en fonction de L, c, n1, n2. 6. calculez la valeur numérique de (T2 - T1) pour L=1000m ; n1=1,5 ; n2=1,48 7. déduisez le débit maximal d'impulsions qu'on pourra atteindre sur cette fibre. 8. quel serait le débit maximal si la longueur de la fibre était de 2000m ? gaine n2 coeur n1 air n0=1 R1 R2 R1 R2 a0 a1 a2 2 2 2 1 n n ON − = Fiche Technique Transmission par FIBRE OPTIQUE optique.doc page 4/4 4. Types de fibres et utilisations : type caractéristiques utilisation fibre plastique bon marché vieillissent mal supportent mal l'échauffement atténuation importante - lampes décoratives - commande de thyristors sous haute tension - liaisons audio en HiFi fibre de verre atténuation importante - éclairage en milieu explosif - signalisation routière, SNCF fibre de silice atténuation faible - éclairage à grande distance - détection de brouillard - transmission de données comparaison cuivre / fibre en réseaux informatiques : cuivre fibre optique - bon marché - connexions faciles - liaisons longue distance (atténuation plus faible) - information non accessible de l'extérieur - insensible aux conditions atmosphériques, à la foudre, aux parasites industriels - isolation galvanique (pour les liaisons entre bâtiments) - pas de diaphonie - bande passante plus élevée types de fibres en réseaux informatiques : monomode : le diamètre du coeur est assez petit pour que seuls les rayons proches de l'axe de la fibre soient transmis, donc peu de dispersion, donc débit élevé. inconvénient : le diamètre d'entrée étant faible, il faut un émetteur laser pour injecter suffisamment de lumière multimode à saut d'indice : fibre classique, l'émetteur de lumière peut être une diode LED. inconvénient : la dispersion qui limite le débit possible multimode à gradient d'indice : l'indice diminue progressivement du centre à l'extérieur (pas de saut entre coeur et gaine) : les rayons sont courbés, mais les rayons suivant un chemin plus long vont plus vite, ce qui réduit la dispersion à l'arrivée, donc débit élevé inconvénient : plus cher uploads/Philosophie/ f-12.pdf