1.9.2.5. Fibres
optiques
Une fibre optique(F.O) est constituée d'un cylindre de
verre très mince (2à100um) appelé coeur(1), entouré
d'une gaine également de verre appelée gaine optique(2). Le tout
est entouré d'une gaine extérieure de protection (4) et d'un
renfort de régidification (3).
PVC bleu 2
Kevlain 1
Revêtement 4
Coeur
Revêtement paire 4
Gaine
Fig.I.22. la fibre optique
a) Caractéristiques physiques
Les principes de fonctionnement d'une fibre optique reposent
sur la transmission guidée de la lumière. Supposons un rayon
lumineux incident issu d'un milieu d'indice de réfaction n1
tombant sur une surface séparant d'un milieu d'indice n2 on
sait que ?1 =?2' le rayon incident produit
également un rayon dans le milieu n2.
L'angle ?2 de réfraction dépend de
l'angle d'incidence ?1 par la loi de Descartes : n1
sin ?1= n2 sin ?2
n 1
Coeur
n 2
n 3
Gaine
?2 augmente avec ?1 jusqu'à ce
que le rayon diffracté disparaisse complètement : la valeur
de ?1 ainsi obtenue est dite angle critique et correspond à
la réflexion totale du rayon incident. Le principe de fonctionnement de
la fibre optique repose sur cette constitution : la lumière doit
rester confinée dans celle-ci par une succession e réflexions
totales (fig 1.23)
Fig.1.23
Les rayons lumineux pénètrent à
l'intérieur de la fibre optique seront complètement
réfléchis si leur angle d'indice est inférieur à
? Par définition, on appelle ouverture numérique,
note ?N, la quantité o.N=sin ?
10
O.N=sin ?   
v Mode de propagation
On distingue trois grandes catégories des fibres
optiques :
· Les monomodes, multimodes à saut d'indice et
multimodes à gradient d'indice.
La fibre à saut d'indice est constituée d'un
coeur et d'une gaine optique ayant un indice de fraction différent et
constant.
Entrée
Sortie
En général, le diamètre du coeur est
élevé (fig.I.24)
Figure I.24. Courbe du signal d'entrée et
sortie
Les rayons lumineux empruntent des chemins de propagations
variables provoquant des temps de propagations différents : une
impulsion à l'entrée est ainsi déformée en sortie.
Cependant, un choix approprié des variations d'indice permet de tendre
vers une égalisation de ce temps de parcours et de réduire ainsi
la dispersion modale. La dispersion modale est alors quasi-nulle. L'impulsion
d'entrée se retrouve en sortie non déformée ? C'est
le type de fibre le plus performant de cet point de vue.
b) caractéristique optique et
mécanique
Les deux matériaux à la base de la fabrication
des fibres optiques sont le plastique et le verre. Excepté pour la fibre
PCS (Plastic Clad Silica) dont la guine est en plastique et le coeur en
silice.
- Atténuation intrinsèque, c'est une perte de
puissance lumineuse liée à l'absorption (liée aux
impuretés dans le coeur de la fibre et à la diffusion
(provoquée par des micro-courbures ou par des particules qui devient le
rayon lumineux de la lumière dans le milieu de propagation.
Actuellement, grâce à l'augmentation de la pureté des
milieux liées à la technologie, on peut obtenir des
atténuations a < 1db/km
1
10
0,1
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
Fig.I.25
(Cas du verre) montre que a est d'autant plus important dans
le rouge (? = 850 mm) que dans l'infrarouge (1300-1500mm). L'utilisation de
fibre optique dans la fenêtre des 850mm et 1500mm est courante. En
revanche, la faible atténuation vers 1500mm tend à
développer l'utilisation des fibres dans cette gamme spéciale,
mais au prix `un coût technologique élevé.
- Disposition modale et spectre
dB /Km
100
10
Multicode saut d'indice
Nous avons vu que l'étalement d'une durée
d'impulsion était liée au type de fibre utilisé à
cause de la disposition modale, c'est-à-dire des différents
chemins utilisés par les divers rayons lumineux incidents. C'est la
raison pour laquelle la bande passante de la fibre sera directement liée
au type de la fibre et sera maximale avec l'utilisation d'une monomode. Il
existe également une dispersion dite spectrale, dépendant
notamment de la longueur d'onde de la source électromagnétique et
de sa largeur spectrale c'est-à-dire de l'étalement en longueur
d'ondes des signaux issus de la source. La valeur globale de
l'atténuation du signal dans la fibre liée à ces types de
dispersions est caractéristique de la fibre. La figure 1.21
représente une comparaison de ses variations pour une longueur d'onde
optique donnée et pour un signal de modulation égale à
f.
Multicode gradient d'indice
Monomode
1 0,01 0,1 1 10 100 1000
F(Mhz)
La bande passante ß pour une longueur L de fibre est
donnée par la loi empirique ß=   avec 0,5  ?   1, et dépend des conditions d'utilisation de la fibre (longueur,
raccordement, conditions extérieures...) Bo est Mhz. Km)
Tableau I.2 : représente un exemple de
valeurs typiques des paramètres des différentes
fibres.
|
Type de fibre
|
Atténuation
|
ßo (pour 1km)
|
Diamètre (un)
|
Technologie
|
|
Plastique
|
400 db/km
|
20 Mhz
|
100
|
Saut d'indice
|
|
Pcs
|
10 db/km
|
20 Mhz
|
400
|
Saut d'indice
|
|
Verre Multimode
|
4db/km
|
500 Mhz
|
125
|
Gradient
|
|
Verre monomode
|
0,5db/km
|
1 Ghz
|
125
|
Monomode
|
b) Application en tensions
La très grande largeur de bande passante (> 1Ghz
pour les fibres monomodes, > 10 Mhz pour les multimodes) autorise une
utilisation variée dans le domaine des très hauts débits
(voix, données, images...). Ainsi, le protocole FDDI (fibre Distributed
Data Interface) basé sur l'utilisation de fibre optique, permet l'envoi
de données à 100 Mbits/s jusqu'à 100km de distance et sur
des réseaux comportant jusqu'a 100 équipements.
Les câbles optiques sont faciles à manier et
leur faible affaiblissement et un avantage par des liaisons sur des grandes
distances en minimisant le nombre de répéteurs
nécessaires. Leur utilisation est préférée en
environnement physique bruité car ils sont résistants aux
perturbations électromagnétiques et la diaphonie. Ils provoquent
de plus une isolation électrique entre l'émetteur et le
récepteur. Néanmoins, leur technologie de mise en oeuvre n'est
pas aisée et demande des inventions d'exploitations délicates et
onéreuses ainsi que du matériel spécifique de
raccordement. Les supports à fibres optiques montrent des performances
exceptionnelles et leur développement s'est très rapidement accru
ces dernières années.
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