Fibre optique

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Cours MRIM:

Etude des supports de transmission

la fibre optique

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1 - Généralités

Cours MRIM: La fibre optique

La lumière est une onde électromagnétique, de longueur d’onde λ, qui se propage dans un milieu transparent et isolant (diélectrique). Avec : λ = c . T ou encore: λ=c/f où c est la célérité et vaut approximativement 3.108 m/s dans le vide ou l’air; f est lafréquence en Hz.

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Spectre de la lumière
f
3.10
Hz
20

3.1019 3.1018 3.1017 3.1016 3.1015 3.1014 3.1013 3.1012 3.1011 3.1010 3.109 3.108
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La lumière visible n'est qu'une petite partie de ce qu'on appelle le spectre électromagnétique. Dans le domaine des radiations visibles, le spectre s’étend du violet au rouge, ce qui correspond dans l’air oudans le vide aux longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm. La communication par fibre optique utilise les longueurs d ’onde comprises entre 800 et 1600 nm, dans le domaine de l ’infrarouge.





3.107 3.106

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Indice optique d’un milieu isolant et transparent: l ’indice de réfraction

L’indice optique "n", ou indice de réfraction d’une substance, est donné par lerapport de la célérité de la lumière dans le vide à la célérité de la lumière dans le milieu considéré :

c n= v
Indice de réfraction de quelques milieux matériels
Air
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Eau

Huile

Verre Crown

Verre Flint

Carbone

Oxyde de titane 1,0002 1,333 2,76 1,5 1,517 1,655 2,417

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2 - Caractéristiques d'une fibre optique

• • •

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• •

L ’âme ou le cœur est la région de la fibre dans laquelle se propage la lumière. Dans ce milieu, l ’indice de réfraction n1 y est le plus élevé. La gaine optique est un milieu d ’indice n2 légèrement plus faible, qui se comporte ainsi comme un « miroir réfléchissant » pour la lumière à l ’interface cœur-gaine. Le revêtement est une couche de plastique qui entoure la fibreoptique pour la renforcer, elle aide à absorber les chocs et permet une protection complémentaire contre des courbures excessives. 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 de couleur orange, certains types présententdes couleurs noire ou jaune.

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Ouverture numérique d’une fibre optique



L’ouverture numérique caractérise l’angle maximum θ0 que peut faire le faisceau pour assurer sa propagation dans la fibre optique.
O.N = sin(θ 0 ) =
2 n12 − n2 n0

Au delà de cette limite, les rayons sont déviés dans la gaine et finissent par disparaître.
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Une grandeO.N permet d ’injecter une grande quantité de lumière issue d’une source assez divergente (diode DEL).



Une petite O.N n ’autorise que l ’injection d ’un faisceau lumineux issue d ’une source très directive (LASER)

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Vg max i =

c n1

t min =

L Vg max i

=

L.n1 c

L

Vg min i

n2 = c. 2 n1

t max =

L Vg min i

L.n12 = c.n2



Vitesse de groupede l’onde
C’est la rapidité avec laquelle l’énergie lumineuse se propage d’une extrémité à l’autre du guide d’onde.





Différence relative des indices de réfraction Δ (donnée fabricant) n −n Δ ≅ 1 2 , pour n1 ≅ n2 n1 n −n Δ % ≅ 1 2 .100 , en général: Δ% < 1% Remarque: Δ s'exprime en %, soit : n1 Paramètre de dispersion intermodale
Un mode de propagation correspond à un rayon lumineuxpossédant une inclinaison donnée. Δt représente l’écart de temps entre le mode le plus rapide et le plus lent.


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L.n1.(n1 − n2 ) Δt = c.n2

soit

Δt =

L.n1.Δ c

Produit Bande Passante*Longueur
– On montre que la bande passante d'une fibre s'écrit : – Soit:

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B.P =

c c → B.P × L = ⎛n ⎞ ⎛n ⎞ 2.L.n1.⎜ 1 − 1⎟ 2.n1.⎜ 1 − 1⎟ ⎜n ⎟ ⎜n ⎟ ⎝ 2...
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