4.3.2 Pertes par diffusion
Les pertes par diffusion sont créées par les
irrégularités des compositions et d'indice de réfraction
de la fibre.
Cette perte appelée perte de RAYLEIGH proviennent de la
diffusion de la lumière. Quand la lumière rencontre une
irrégularité, le phénomène de diffusion disperse
l'énergie lumineuse dans toutes les directions.
Figure 4.07 : Diffusion de Rayleigh dans une fibre
optique
Quelques rayons ne satisfont plus les conditions de
réflexion totale et ne coopèrent plus à la transmission du
signal. [7]
55
La diffusion de Rayleigh dépend de la longueur d'onde de
la lumière incidente. Elle est d'autant plus grande que la longueur
d'onde est petite mais plus la longueur d'onde du photon est grande, moins il y
aura d'interaction et de perte par diffusion.
L'atténuation varie comme l'inverse de la puissance
quatrième de la longueur d'onde :
A{dB] = (4.20)
L'allure de l'atténuation est donc
représentée comme suit :
Figure 4.08 : Courbe d'atténuation par
diffusion en fonction de la longueur d'onde
4.3.3 Pertes par absorption
Les matériaux qui constituent le coeur de la fibre ne
sont pas parfaitement transparents, plus précisément ils n'ont
pas un indice de réfraction pur.
Ces matériaux sont plus ou moins absorbants et par
conséquent, une partie de l'énergie
électromagnétique est convertie en chaleur par effet joule.
Les impuretés de la fibre se présentent sous
forme de molécules qui absorbent la lumière à des
fréquences spécifiques, ce qui entraine alors une
atténuation de la lumière transmise.
Cette perte présente un pic lorsque la longueur d'onde
utilisée est au milieu de 1300 et 1550 nm notamment au voisinage de 1380
nm comme la montre la figure 4.09 suivante. Celle-ci est due
à
la présence des petites quantités des ions
hydroxydes dans la silice.
La liaison entre l'oxygène et l'hydrogène (dans
) donne de la résonnance et absorbe
fortement la longueur d'onde aux
alentours de 1230 nm et 1380 nm.
Les molécules de dioxyde de Silice (SiO2) qui est le
principal constituant de la fibre se lient aux
ions et vibrent à une fréquence
équivalente à ? = 2730 nm. Les harmoniques suscitent
une
accrue d'atténuation à partir de cette valeur de longueur
d'onde.
Une onde qui se propage dans ce milieu est donc de la forme
donnée par la relation (4.21) qui comporte un terme réel
d'amplitude exponentiel associé au terme imaginaire de phase ; il lui
correspond un affaiblissement linéique exprimé en dB/km.
?? ?? (4.21)
56
Figure 4.09 : Allure d'atténuation par
absorption
En outre, une infime présence de métal (chrome,
fer, cobalt, cuivre, nickel...) dans la fibre optique produit aussi une
très forte absorption. [4][11]
Comme toute trace de métal absorbe une grande partie
de l'énergie lumineuse transportée, la fabrication des fibres
optiques exige des produits extrêmement purs.
4.3.3.1 Fenêtre de transmission
Historiquement, les premières fibres optiques furent
utilisées dans une fenêtre optique comprise entre 800 nm et 900 nm
car ces longueurs d'ondes correspondaient à l'époque au minimum
d'absorption de ces fibres, mais aussi à cause du moindre coût des
sources et des détecteurs fonctionnant dans cette fenêtre.
A partir des années 80, de nouveaux composants
réalisés sur substrat de Phosphure d'Indium (InP) ont permis de
travailler dans une nouvelle fenêtre optique autour de 1300 nm. Cette
longueur d'onde correspond à une moyenne relative d'atténuation
(0,4 dB/km) de la fibre optique moderne. Elle a une dispersion chromatique
minimale et est utilisée couramment en transmission à moyenne
distance ainsi qu'à haut débit en réseau d'accès et
réseau métropolitain.
Pour les télécommunications sur longue distance
(plus de 100 km), les longueurs d'onde les plus intéressantes se
trouvent dans une troisième fenêtre qui est situé aux
voisinages de 1550 nm. En effet, celle-ci correspond au minimum
d'atténuation de la silice (0,2 dB/km) et de plus, coïncide
parfaitement aux longueurs d'onde de fonctionnement des amplificateurs optiques
disponibles aujourd'hui. Cependant, elle demande des composants plus
coûteux parce que la dispersion chromatique apparait facilement dans
cette fenêtre.
57
La figure ci-dessous présente l'allure typique de
l'atténuation par absorption d'une fibre optique en fonction de la
longueur d'onde, ainsi que les trois fenêtres optiques d'utilisation.
Figure 4.10 : Courbe d'atténuation par
absorption et fenêtres de transmission
On constate d'après la figure précédente
que les longueurs d'onde 1300 nm et 1550 nm sont favorables à la
transmission car c'est dans ces valeurs que l'atténuation est minimale.
C'est pour cela que l'on prend ces valeurs dans la plupart des
expériences effectuées récemment.[6] [8] [14] Voici le
tableau montrant la différence entre les trois principales
fenêtres de transmission optimale :
Première fenêtre
(800 - 900 um)
|
Deuxième fenêtre
(1280
-1330nm)
|
Troisième
fenêtre
(1525-1625nm)
|
- Atténuation élevée
|
- Atténuation moyenne
|
- Atténuation minimale ( -0,2dB/km) ;
|
( -3,5dB/km);
|
(-0,4dB/km) ;
|
- Lasers et amplificateurs performants
|
- Composants très bon marché
|
- Lasers disponibles depuis
|
(assez onéreux) ;
|
(Diodes LED) ;
|
longtemps et peu couteux ;
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- Composé de deux sous-bandes :
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- Ne peut être utilisée qu'en
|
- Utilisation en multimode et
|
C (1525-1565nm) et L (1565-1625 nm)
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multimode ;
|
monomode ;
|
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- Fenêtre de choix pour les applications
|
- Assez commode pour le réseau
|
- Largement utilisée pour les
|
modernes de hauts débits et à longue
|
LAN ;
- Utilisation en cours de décroissance.
|
réseaux MAN et WAN mais aussi pour LAN.
|
distance ;
- Utilisation en phase d'accroissement.
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Tableau 4.01 : Comparaison entre les trois
fenêtres de transmission
| 
