2.2.2 La fibre multimode à gradient d'indice
La fibre à gradient d'indice est la plus courante.
Elle connaît plusieurs améliorations par rapport à la fibre
à saut d'indice.
Le but, pour ce profil d'indice est de rendre la vitesse de
propagation des différents rayons plus proche, c'est-a-dire de minimiser
l'étalement du signal en rendant plus lents les rayons qui sont proches
de l'axe de la fibre et rapides ceux qui s'en éloignent.
Dans cette catégorie le coeur n'est plus
homogène : la valeur de l'indice décroît
légèrement depuis l'axe du coeur jusqu'à l'interface
coeur-gaine. Alors, les chemins optiques empruntés par les rayons
lumineux prennent une allure sinusoïdale.
L'avantage essentiel de ce type de fibre est la minimisation
de la dispersion du temps de propagation entre les rayons. [7]
2.2.2.1 Profil d'indice
Le profil d'indice est représenté
mathématiquement comme suit. Dans le coeur : 0 < r < a
J i-2L(r/a)" (2.02)
Dans la gaine : r > a
(2.03)
Avec :
r : distance à l'axe ;
a : rayon du coeur ;
a : exposant du profil d'indice (souvent 1 à 2)
L : différence relative d'indice (diminution
relative de l'indice entre l'axe et la gaine)
Exemple du profil d'indice :
o Pour a = 2, le profil est parabolique.
o Pour a = 1, le profil devient triangulaire.
o Pour a -00, on est ramené au cas d'une fibre
à saut d'indice.
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Figure 2.03 : Exemples du profil d'indice d'une fibre
à gradient d'indice
2.2.2.2 Ouverture numérique
Pour une fibre à saut d'indice l'ouverture
numérique est égale à . ni2 --
n22 (formule 1.19). Pour une fibre à gradient
d'indice, en raison de la variation de l'indice du coeur, on définit une
ouverture numérique locale :
ON = . n(r)2--n22
(2.04)
oca
Où n(r) : indice à la distance r de l'axe du
coeur. On remarque que :
o L'ouverture numérique est maximale pour r = 0.
On a alors n(r) = nl
o Elle est minimale (et même nulle) pour r = a
.On a alors n(r) = n2
Plus l'ouverture numérique est grande, plus l'angle
d'acceptance est grand, et plus la puissance véhiculée est
importante. Ainsi, une fibre à saut d'indice transporte plus de
puissance lumineuse que celle à gradient d'indice. [3]
2.2.2.3 Caractéristiques
Contrairement aux fibres à saut d'indice, le coeur, n'est
pas homogène.
Il est constitué de plusieurs couches de verre ayant
chacune un indice de réfraction légèrement
différent de la couche contigüe.
Alors le rayon lumineux n'est pas brusquement
réfléchi lorsqu'il rencontre la gaine, mais sa trajectoire est
déviée progressivement à chaque fois qu'il traverse une
nouvelle couche.
Le guidage est cette fois dû à l'effet du gradient
d'indice. La gaine optique n'intervient pas directement mais elle
élimine les rayons trop inclinés.
Pour ce type de fibre, le diamètre du coeur mesure entre
50 et 100 um et celui de la gaine se situe entre 125 et 140 um. La fibre
multimode à gradient d'indice est caractérisée par la
variation linéaire de l'indice n1 du coeur de la fibre optique en
fonction de la distance r à l'axe suivant la formule (2.02).
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La trajectoire du rayon lumineux dans une fibre à
gradient d'indice est incurvée et la vitesse des rayonnements
étant de plus en plus faible quand il se rapproche du centre du coeur.
Ceci est dû à la non homogénéité de l'indice
de réfraction du coeur. Cet indice est très élevé
au centre du coeur et diminue jusqu'à la gaine optique grâce aux
différentes couches de verre.
L'avantage avec ce type de fibre est la minimisation de la
dispersion du temps de propagation entre les rayons, sans utiliser pour cela
l'ouverture numérique trop faible ainsi qu'un étalement du
spectre moins important étant donné que les faisceaux lumineux
arrivent presque à un même moment lorsqu'ils passent par l'axe du
coeur.
La bande passante est de l'ordre de 500Mbits/s. Cette
capacité est plus élevée que celle pour une fibre à
saut d'indice car le temps d'arrivée de chaque rayon se rapproche.
Pour une fibre à gradient d'indice fabriquée en
silice dopée qui possède un coeur de diamètre 50 à
62,5 ìm, la bande passante est entre 100 et 1000MHz*km et
l'affaiblissement à une longueur d'onde de 1550 nm est inférieur
à 2dB/km. [2] [23]
Elle peut être utilisée pour une liaison
à grande distance.
Ces améliorations apportées à cette
fibre ont permet de réduire l'atténuation de l'information par
rapport à la fibre à saut d'indice, ce qui fonctionne
parfaitement car l'impulsion du signal de sortie représente plus de la
moitié du signal d'entrée comme le montre la figure suivante.
Figure 2.04 : Impulsion d'entrée et sortie
des rayons lumineux et leurs trajets
Nous pouvons remarquer que les résultats sont nettement
améliorés par rapport à ceux procurés par la fibre
à saut d'indice.
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