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Transmission Par Fibre Optique
Transmission Par Fibre Optique
Transmission Par Fibre Optique
SOMMAIRE CHAPITRE 1 :
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Xavier DJAKO
Cours de FIBRE OPTIQUE RIT
Une énergie
Une amplitude
Une polarisation (la lumière a une polarisation qui indique toujours la
direction de l’onde)
3. Propriétés de la lumière
En nous appuyant sur les faits énumérés, nous affirmons que les propriétés de la
lumière sont les suivantes :
La réflexion
C’est la déviation de l’onde au contact d’un obstacle. θ1 : angle incident
θ2: angle refracté
n : indice de réfraction
𝐜
𝐧= , c : célérité ou vitesse de la lumière dans le vide, V : vitesse de l’onde dans le
𝐯
milieu considéré
La diffraction
C’est le terme selon lequel l’onde contourne un obstacle.
La diffusion
C’est la propagation de l’onde dans toutes les directions.
Longueur d’onde type d’onde Longueur d’onde
inférieure (𝝀) supérieure (𝝀) Dans un milieu homogène, l’onde se propage suivant une trajectoire rectiligne et avec
une vitesse constante : 𝑪 = 𝟑.108 m/s.
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III. LOIS DE SHELL DESCARTES par contre elle est de l’ordre de plusieurs dizaines de micromètre, on parlera alors de
fibre multimode ou multimodale dans laquelle la propagation est complexe.
Considérant une onde qui tombe sur une surface de séparation infiniment grande de 2
Le mode est la manière dont l’onde se propage dans le support de transmission. C’est la
milieux. L’expérience permet de distinguer une onde réfléchie et une onde réfractée.
répartition de l’onde dans le support de transmission.
(Voir figure ci-dessous)
Le nombre de mode dans une fibre optique est estimé par la formule suivante :
𝟐𝛑𝐫 𝟐 (𝐧𝟐𝟏 −𝐧𝟐𝟐 )
𝐌=
𝛌𝟐
𝐅𝟐
Connaissant la fréquence normalisée : 𝐌 = ; F étant la fréquence normalisée.
𝟐
Remarque
1ère loi
𝑲 = 𝝎√𝝁𝜺 : Constante de propagation
Le rayon réfléchi et le rayon réfracté sont dans le plan même d’incidence.
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III. CONSTITUTION
CHAPITRE 2 : 1. Schéma
I. HISTORIQUE
L’idée d’utilisé la lumière comme support véhiculant des informations n’est pas récente
parce que depuis la haute antiquité, les hommes utilisaient des sources optique (soleil,
feux, nuage de fumée) pour communiquer. Cependant les débits des informations
transmises étaient faibles, les portées courtes et il y avait manque de précision, manque
de fiabilité, domaine d’application restreint. 2. Description
Alors entre le 19ème et le 20ème siècle, les connaissances en électricité ont été développées La fibre optique est essentiellement composée de trois (3) grandes parties :
et ont contribué à l’établissement des systèmes de transmission performants tels que les
câbles cuivre, faisceaux hertziens. Ainsi, l’idée d’utiliser l’optique fût pratiquement • Le cœur, dans lequel se propagent les ondes optiques (indice de
réfraction n1). Il permet de conduire la lumière.
abandonnée. C’est alors qu’en 1960 avec l’invention du LASER (Light Amplification by
• La gaine, permet de confiner la lumière dans le cœur (indice de
Stimulated Emission of Radiation), générateur de la lumière cohérente stable et
monochromatique a redonné l’espoir aux transmetteurs. Aussitôt l’on a réfraction n2).
• Le revêtement primaire ou enveloppe protectrice, assure une
recherché a utilisé directement cette source dans l’atmosphère malheureusement celle-ci
protection contre les agressions extérieures et joue le rôle de protection
s’avéra être un milieu dispersif et absorbant. C’est pourquoi l’idée est naturellement
venue de protéger cette lumière des atteintes extérieures en la confinant dans un milieu mécanique de la fibre.
II. DEFINITION
Les matériaux utilisés pour la réalisation du cœur et la gaine sont :
- La silice : elle est la plus utilisée à la fois pour le cœur et pour la gaine.
Une fibre optique est un guide d’onde optique constitué de deux ou plusieurs couches de
matériaux diélectriques d’indice de réfraction différent assurant le confinement de la - Le plastique : il est également utilisé pour le cœur et pour la gaine. Il commence à
lumière au voisinage du centre. être employé car il a un coût de mise en œuvre très inférieur à celle des fibres en
silice. Il peut amorcer son développement en télécommunication pour le FTTH.
Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété d'être un
conducteur de la lumière et sert dans la transmission de données et de lumière. Elle a la Un réseau FTTH (de l'anglais : Fiber to the Home, ce qui signifie « Fibre optique
propriété d’être un conducteur de la lumière et sert dans la transmission de données. jusqu'au domicile ») est un réseau de télécommunications physique qui permet
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notamment l'accès à internet à très haut débit et dans lequel la fibre optique se a.1 les fibres à saut d’indice (échelon d’indice)
termine au domicile de l'abonné
- Les fibre mixtes existent également mais sont très rares.
Les fibres optiques sont classées suivant leurs techniques de câblage, leurs
modes de fabrication et leurs modes de fonctionnement.
2. Selon leur mode de fonctionnement 10 et 50 MHz/Km avec un affaiblissement de 850 nm qui est inférieur de 5dB/Km.
Selon leur mode de fonctionnement, Il existe 2 grands types de fibres: Les rayons seuls qui arrivent sur cette surface de séparation ont un angle incidence
𝐧𝟐 𝐧
inférieur à α tel que : 𝐂𝐨𝐬𝛂 = équivaut à 𝛂 = 𝐚𝐫𝐜 𝐂𝐨𝐬( 𝟐 )
𝐧𝟏 𝐧𝟏
• Fibre Multimode : dans lequel il existe différents modes de propagation de la
lumière au sein du cœur de la fibre. Sa bande passante est très limitée en grande partie à cause de la dispersion des modes. A
• Fibre Monomode : dans lequel il existe un seul mode de propagation de la l’entrée de la fibre, l’angle d’incidence maximal (angle d’acceptante) est donné par la
a. Fibres multimodes La facilité d’injection de la lumière dans la fibre optique est caractérisée par l’ouverture
numérique qui corresponde au sinus du demi-angle du sommet du cône d’acceptante de
Elles ont un diamètre de cœur compris entre 50 et 80 µm et un diamètre total compris
la lumière. C’est la grandeur qui permet de concentrer la lumière dans la fibre. C’est une
entre 100 et 250 𝜇m. Elles ont plusieurs modes de propagation. mesure définissant l’angle maximal d’injection d’un signal dans une fibre optique.
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Les ouvertures numériques (ON) d’une telle fibre sont comprises entre 0,2 et 0,5.
Elles sont utilisées pour obtenir une large bande passante. Leur fabrication n’est pas plus
Ce type de fibre présente un gros inconvénient : sa bande passante est limitée en grande
complexe que celle à saut d’indice. L’écart d’indice entre le cœur et la gaine ainsi que le
partie à cause de la dispersion des modes.
diamètre du cœur sont si petits qu’un seul mode de propagation est possible (voir figure
Elles sont utilisées pour des liaisons de transmission numérique à très haut débit
ci-dessus). C’est le ‘’ top’’. Les résultats sont excellents, mais compte tenu de la faible
(inférieur à 50Mbps) sur de courtes distances (inférieur à 2 Km).
section de cette fibre, seule la lumière laser est ici exploitable. Il n’y a pas de miracle,
c’est la solution la meilleurs, mais aussi la plus onéreuse.
a.2 les fibres à gradient d’indice Les diamètres typiques de ces fibres sont de 5 à 12 µm pour le cœur et 125 µm pour la
gaine. Il est très difficile d’obtenir un très bon couplage entre la fibre et la source de
lumière. Les fibres monomodes sont essentiellement utilisées dans les réseaux nationaux
et internationaux de télécommunication pour des interconnexions de très grandes
distances.
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Les fibres à structures libre : elles comportent un support alvéolaire qui doit avoir des 4. La capacité du canal
caractéristiques bien déterminer afin d’éviter les phénomènes de courbures et de C’est le débit maximal qui peut supporter ce canal. 𝐃𝐦𝐚𝐱 =
𝟐
𝐭𝐝
microcourbures.
5. Perte de couplage
C’est noté CL, elle est exprimé en décibel et correspond à l’atténuation du signal liée à la
réflexion à l’entrée et à la sortie de la fibre.
7. La sensibilité (récepteur)
V. ETUDE DE PARAMETRES TECHNIQUES C’est la capacité qu’a cet équipement de réagir face aux signaux les plus faibles (ou
capter les signaux les faibles).
1. Le mode fondamental
C’est un régime de fonctionnement unimodal. Dans la fibre optique le mode fondamental 8. La portance
est HE11. C’est un régime de fonctionnement ayant une fréquence critique minimale. C’est la longueur maximale que peut avoir la fibre. Elle est donnée par cette formule :
𝐏𝐞𝐦 − 𝐒 − 𝐂𝐋
2. Délai de retard (extinction) 𝐏𝐦𝐚𝐱 =
𝐋𝐋
C’est la durée nécessaire à l’arrivée de tous les rayons issus d’une même impulsion. La
𝐃 𝐧𝟏 (𝐧𝟏 −𝐧𝟐 ) 9. Champ de mode (zone fictive)
formule est : 𝐭 𝐝 = ×
𝐂 𝐧𝟐
C’est la zone circulaire dans laquelle on trouve que 90% de l’énergie des plus grandes
D : c’est la longueur totale de la fibre que celle du cœur en propagation unimodale.
C : célérité Cette zone correspond à un diamètre apparent appelé diamètre de champ de mode.
n1 : indice de réfraction du cœur
10. Dispersion chromatique
n2 : indice de réfraction de la gaine
C’est le fait que l’onde lumineuse se propage selon des temps différents.
3. Le débit
C’est la quantité d’information qu’un support de transmission peut recevoir en 1 s. le 11. Dispersion inter modale
débit détermine la productivité de la source d’information.
12. Le profil d’indice
C’est la courbe qui décrit la variation des indices du cœur et de la gaine.
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Le mode de fonctionnement de la fibre optique lui offre d’énormes qualités pour la - Les téléchargements se font en un temps incroyable qui bat tous les records de
transmission des données ; transmission ;
- Les utilisateurs ont désormais accès à des services de haut débit par exemple la
- Une très grande vitesse de propagation de l’information d’environ celle de la
télévision en haute définition (HD) ou relief (3D) …
lumière estimée à environ 300 million de mètres par seconde ;
b. Les inconvénients
- Une bande passante importante de 600 à 800 MHz pour la multimode et 10 à 100
GHz au niveau de la monomode pour 1Km contre 60 MHz pour le câble coaxial ; Il est vrai que la fibre optique regorge de multiples avantages, mais on peut retenir
- Son débit binaire est estimé à 5 Gbps ; également des difficultés qui constituent un frein pour son déploiement et sa mise en
place.
- Un faible affaiblissement linéique ;
- L’installation de la fibre est très difficile et requiert un personnel spécialisé ;
- Une insensible aux perturbations électromagnétiques ;
- La connectique assez délicate nécessite un outillage particulier et un savoir-faire
- Une immunité au bruit ;
certain ;
- Une isolation galvanique (pas de problème de terre dans le raccordement entre
deux bâtiments, pas de danger en milieu explosif) ; - L’infrastructure de déploiement est complexe et très coûteux ;
Le support de la fibre optique lui confère d’énormes qualités : VII. LES SYSTEMES DE TRANSMISSION OPTIQUE
- Une grande confidentialité : l’information reste confinée dans le support, ce qui 1. Présentation de la liaison optique
rend le piratage quasi impossible ; Un système de transmission par fibre optique met œuvre :
- Un faible poids et un faible encombrement ; - Un émetteur de lumière (transmetteur) permettant de transformer les impulsions
- Une grande robustesse due à son revêtement ; électriques en impulsions lumineuses ;
a.3. les avantages liés à son exploitation et au niveau de l’utilisateur - Un récepteur de lumière constitué qui transforme les impulsions lumineuses en
signaux électriques ;
- Les frais d’exploitations sont moindre et les revenus potentiels beaucoup plus - Une fibre optique monomode ou multimodes ;
important grâce à un entretien plus facile, des coûts énergétiques moindre et un 2. Les émetteurs optiques
réseau stable ; L’émetteur optique est un composant semi-conducteur dont la puissance émise est
- Le taux de désabonnement des clients est moindre, leur satisfaction est en effet directement modulable par le courant d’injection et dont la surface émissive est
plus rapide ; compatible avec les dimensions de la fibre. Il permet de convertir le signal électrique en
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signal optique. Les émetteurs utilisés dans la fibre optique n’envoient pas une lumière 3. Les récepteurs optiques
visible, mais l’infrarouge. Le récepteur optique est un photo-détecteur qui convertit le signal lumineux en signal
On distingue deux sources émettrices permettant d’injecter le signal dans une fibre électrique.
optique : les DEL et les LASER. a. Les photodiodes
a. Les diodes électroluminescentes (DEL) C’est un composant semi-conducteur ayant la capacité de détecter un rayonnement du
C’est le composant le plus simple qui réalise directement l’émission de photons par domaine optique et de la transformer en signal électrique.
recombinaison des porteurs dans une hétérojonction polarisée en direct. b. Les phototransistors
Du faite du type de lumière, la dispersion spectrale est importante. Il est donc nécessaire C’est un transistor bipolaire sensible au rayonnement lumineux infrarouge. Il convertit
d’utiliser une mini-optique qui rendra parallèle le faisceau lumineux pour l’injecter dans l’énergie lumineuse en énergie électrique. Sa sensibilité est très élevée, son courant de
une fibre. sortie plusieurs centaine de fois supérieure à celui d’une photodiode, mais sa rapidité est
Elle fonctionne avec les fibres multimodes. La bande passante est inférieure à 200MHz. moindre.
Les caractéristiques de la DEL sont : 4. Les fenêtres chromatiques ou de transmission
- Puissance optique : 0,1-0,5mW On appelle fenêtre chromatique ou de transmission la longueur d’onde pour lesquels
- Longueur d’onde : 1300nm l’affaiblissement est minimal. On en définit trois fenêtres de transmission
- Largeur spectrale : 50-150nm - 1ère fenêtre, de 0,8 à 0,9µm, elle utilise des composants électroniques de très bon
- Débit max : quelques centaines de Mbps marché mais une atténuation linéique au tout de 3 dB/Km. Elle n’est utilisée qu’en
multimode.
b. La diode Laser (LASER) - 2ème fenêtre, de 1,28 à 1,33µm, elle utilise des diodes laser disponible sur le
Il est utilisé en association avec les fibres monomodes et offre une forte puissance marché. L’atténuation linéique est raisonnable de 0,33dB/Km. C’est la gamme
d’émission et une faible largeur spectrale. On distingue deux types de laser : largement utilisée en multimode.
- Les diodes laser émettant des radiations visible de couleur rouge pouvant - 3ème fenêtre, de 1525nm à 1625nm, cette fenêtre permet de réaliser des systèmes
endommager la rétine des yeux. très performants mais assez chère.
- Les diodes laser infrarouges non visible à l’œil nu. 5. Les connecteurs optiques
Les caractéristiques du laser monomode : Les connecteurs sont des dispositifs normalisés terminant une fibre optique et permettant
- Puissance optique : 1-10mW de les raccorder aux équipements terminaux comme le switch.
- Longueur d’onde : 1300-1550nm Il existe plusieurs types de connecteurs permettant de raccorder une fibre à la fois. Les
- Largeur spectrale : 0,1-0,5pm plus naturellement appliqués sont :
- Débit max : jusqu’à 10 Gbps
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- LC (Lucent Connector) La fibre optique pour des applications réelles ne peut pas être exemptée de courbure sauf
- SC (Standard Connector) exception, et dans ces zones, le risque pour le rayon lumineux, de ne plus satisfaire la
- ST condition de réflexion totale est inévitable, ce qui se traduit par une perte dans la gaine,
- MTP/MPO par simple réfraction.
- FC
VIII. DOMAINES D’UTILISATION DE LA FIBRE OPTIQUE
- MTRJ
De nos jours les stations de travail sont connectées entre elles à l’aide de moyens
- SMA
utilisant la fibre optique car son utilisation permet des débits d’information plus rapides
- Biconic
et une plus grande sureté lors des transmissions.
- MU
1. les télécommunications
Image
6. Les câbles à fibre optiques
Ils guident les ondes lumineuses.
Bien que performante, la fibre optique subit des pertes lors de la propagation du signal.
Elles sont multiples, nous distinguons généralement :
Utilité
– L’absorption par les impuretés
En télécommunications, la fibre optique est utilisée pour la transmission d'information,
En effet, une fibre de silice, quoique très purifiée, n’est pas parfaite ainsi les atomes
que ce soit des conversations téléphoniques, des images ou des données. C’est
d’impureté vont avoir plusieurs effets perturbateurs, dont l’absorption du photon par un
probablement l’un des domaines où l’utilisation de la fibre optique est le plus important
électron de l’atome, avec transformation finale de l’énergie lumineuse du photon en
et a le plus d’avenir. Un fil de cuivre ne peut supporter que quelques communications,
chaleur.
contre 300000 pour la fibre optique. Les fibres sont alors utilisées en particulier pour les
– La diffusion par les impuretés ou par les défauts d’interfaces cœur/gaine.
réseaux à haut débit. Leurs capacités de transmission atteignent des débits de l’ordre du
– La diffusion Rayleigh
gigabit par seconde (câbles transatlantiques) avec une atténuation très faible et grâce aux
– La dispersion chromatique
multiplexages, on atteint la centaine de Gbits/s.
– La dispersion intermodale
– Les courbures et les microcourbures
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2. la médecine
Image Utilité
Un domaine où la fibre optique a trouvé une application plus récemment est celui de la
mesure. La fibre optique, comme tout objet, subit les influences de différents paramètres.
Elle sera, entre autres, légèrement déformée lorsqu'elle est soumise à une pression, une
force, une contrainte ou une variation de température. La déformation subite par la fibre
optique aura une influence sur la façon dont la lumière s'y propage. Il est possible de
mesurer ces modifications et de convertir cette mesure en unités de pression, de
température ou de force, selon ce qu'on désire mesurer. Ces capteurs ont l'avantage d'être
Utilité très petits, très précis et insensibles aux perturbations électromagnétiques.
La première utilisation d'envergure de la fibre optique fut en médecine, domaine où elle
est toujours grandement utilisée aujourd'hui. La fibre optique est utilisée en médecine 4. l'éclairage
tant pour diagnostiquer des problèmes de santé que pour traiter certaines maladies. Pour Image
le diagnostic, un câble de fibres optiques transporte de la lumière à l'intérieur du corps.
Cette lumière est réfléchie par les organes internes et est captée par un autre câble de
fibres optiques qui achemine cette lumière vers un système d'imagerie vidéo. Il est donc
possible d'avoir un aperçu de grande qualité de ce qui se passe dans le corps, et ce, en
temps réel. Un exemple de cette utilisation est l'endoscope, particulièrement utilisé en
gastro-entérologie. Pour un traitement, la fibre optique sert à transporter la lumière
intense d'un laser à l'intérieur du corps humain où elle interagira par effet thermique avec Utilité
les tissus : en chirurgie associée à un faisceau laser qui permet de : pulvériser un calcul Dans le domaine de l’éclairage, les fibres optiques sont aussi très utilisées, en
rénal, découper une tumeur, réparer une rétine... muséographie, architecture, et aménagement d’espaces d’agrément public et domestique.
Enfin, dans le balisage, la décoration, la signalétique d’orientation ou encore en
3. les capteurs (température, pression, etc.)
signalisation routière, les fibres optiques sont des outils couramment utilisés.
Image
En téléphonie par exemple les câbles coaxiaux sont remplacés peu à peu par des fibres
optiques. En effet est plus économique des longues et courtes distances, et les nombres
de composantes moins important. Son utilisation est particulièrement intéressante pour
les militaires car elle leur apporte certains avantages :
Poids faible, insensibilité ou brouillage et la détection.
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Elle est utilisée en domotique qui est la gestion technique et centralisé d’un bâtiment pour associée à diverses autres sociétés telles qu’OPTICAL FIBER (Grande Bretagne) ou
la détection des incendies des inondations, des fuites de gaz, télésurveillance à base de SIMECOR. Elle a également passé des accords de licences avec autre sociétés telles pue
fibre optique. FOS (Italie).
Nous avons d’autres producteurs tels qu’ATT qui fait plus d’un millions de Km de fibres
IX.LES PROCEDES DE FABRICATION DE LA FIBRE OPTIQUE
par an. Nous avons aussi SUMITOMO, FURUKAWA, fujikura (japon) dont la
La qualité des fibres optiques dépend en grand partie de procédés de fabrication et du production ne dépasse pas celle d’ATT.
choix des matériaux utilisé. Plusieurs procédés ont été proposés et mise en point (pour la FOS produit entre 200 000 et 300 000 Km de fibres optiques par an.
fabrication de ces fibres) mais il faut savoir que leur fabrication s’effectue en deux étapes ALCATEL FO produit 200 000 Km par an en France.
distinctes : En Europe nous avons OPTICAL FIBEER avec 500 000 km par an.
--Elaboration d’une préforme
1.1 Le procédé MCVD
C’est un barreau possédant intrinsèquement les caractéristiques de la fibre.
-- Fibrage de cette préforme C’est le plus ancien de ces procèdes utilisés en France. Il s’est révélé comme une
technique souple et adéquate à la fabrication des fibres multimodes et unimodales à cœur
1. Description des différents procédés des fabrications dopé et à faible affaiblissement. Il consiste de manière succincte en :
Actuellement la production mondiale des fibres optiques est assurée par cinq méthodes
Un dépôt en phase vapeur de couche de silice dopé d’environ 10 µm d’épaisseur
de fabrication.
chacune sur la paroi interne d’un tube de silice de très haute qualité.
MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) signifie la déposition chimique
Un retreint de tube est effectué afin de supprimer le trou central et d’obtenir une
modifié en phase vapeur.
préforme de 10 mm a 20 mm de diamètre extérieur. Cette préforme donnera par
PCVD ou SPCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition) déposition chimique
étirage des fibres géométriquement homothétique de 100 à 125 µm de diamètre
activée par plasma.
extérieur.
OVD (Over Vapor Deposition) déposition externe en phase de vapeur.
VAD (Vapor Axial Deposition) déposition axiale en phase vapeur.
POID (Plasma Over and Inner Deposition) déposition interne et externe active par
plasma.
Remarque :
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Le tube est chauffé par l’extérieur à 1400°C jusqu’à 1900°C sur une zone étroite au
moyen d’un chalumeau à hydrogène et oxygène.
Un codage au bore et au fluor permet d’abaisser l’indice de la silice tandis qu’un dopage
au phosphore ou au germanium permet d’augmenter l’indice de la silice.
Les rendements ont été améliorés et permettent de produire une cinquantaine de Km de
fibre par préforme.
Ce procédé donne une capacité de production moyenne et les Brevets dont il dépend sont
tombés dans le domaine public.
1.2 Principe d’élaboration de préforme par la méthode SPCVD
Ce procédé est utilisé dans le but de réduire le coût des préformes partir des quels sont
étirées les fibres optiques. Cette méthode s’inspire du MCVD. La réalisation de la
préforme par dépôt de verre à l’intérieur d’un tube de silice met en œuvre la méthode de 1.4 Principe d’élaboration de préforme par la méthode VAD (Vapor Axial Deposition)
dépôts chimique en phase vapeur par un plasma. Les épaisseurs des dépôts peuvent êtres Ce procédé japonais diffère des procédés conventionnels par la direction de la déposition.
importantes (quelques millimètres) car l’énergie suffisante est confinée à l’intérieur du Les matières premières en phase vapeur injectées à partir d’un chalumeau réagissent par
tube. hydrolyse à la flamme pour former de fines particules de verre qui se déposent à
l’extrémité de la barre d’alimentation dans la direction axiale. Ce principe permet
1.3 Principe d’élaboration de préforme par la méthode OVD
d’obtenir des préforme de grandes dimension et donc des longueurs de fibres de l’ordre
Cette méthode américaine consiste à déposer autour d’un mandrin fait de céramique de
de 100 Km. Ce procédé a l’avantage de se passer de l’opération de retreint.
graphite ou d’une un barre de silice .Les différents couches de silice composées pour
former le cœur puis la gaine.
Après avoir déposé les couches de verre, le mandrin est retiré puis une consolidation et
une vitrification sont effectuées à environ 1500°C afin d’obtenir une préforme
transparente avec un creux central. Le retreint est obtenu en portant cette structure à une
température plus élevée de 1800°C -2000°C. C’est une méthode de fabrication qui exige
des investissements lourd mais adapté à une production de masse.
Par exemple une préforme monomode peut donner une certaine de Kilomètre de fibre
voire plusieurs certaine de Kilomètre.
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Le marquage du câble
NB : il doit être exécuté en relief ou par tout autre procédé fiable préservant l’intégrité de
la fibre.
Voir schéma
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1. Qu’est-ce qu’une fibre optique ? Les caractéristiques d’une fibre optique multimode à gradient d’indice sont :
2. Quelles sont les différentes parties d’une fibre optique et leurs rôles.
– Bande passante : 500 MHz.km
3. Citer les différentes fibres optiques et expliquer leur mode de fonctionnement.
– Affaiblissement : 5 dB / km
4. Que signifie FTTH et en quoi consiste-t-il ?
– Longueur de la fibre L= 500 m.
5. Qu’appelle-t-on mode en fibre optique.
6. La lumière est-elle une onde électromagnétique ? Justifie-la réponse ?
On désire transporter une information numérique provenant de la modulation en
7. Pourquoi l’utilise-t-on dans la transmission optique ? amplitude d’un signal analogique.
8. Enoncer les lois de Shell Descartes.
9. Définir les termes : la polarisation, le mode, la polarisation, la longueur d’onde de
1. Calculer la fréquence maximale du signal analogique si on veut récupérer toute
coupure, la fréquence normalisée et monochromatique l’information après transmission.
10. Citer les différents types de raccordements 2. La fibre transporte maintenant un signal analogique d’une puissance de 250 mW à
11. Donner les propriétés et caractéristiques de la lumière. l’entrée de la fibre. Calculer la puissance du signal électrique en sortie du
12. Qu’est-ce qu’une fenêtre chromatique dispositif en mW puis en dBm.
EXERCICE 4
EXERCICE 2 P pour réaliser une connexion entre deux (2) sites distincts de 180 Km, nous utiliserons
comme support de transmission la fibre optique. Cette fibre optique a les indices de
1- Définir l’Ouverture Numérique (ON) ? réfraction du cœur 𝑛1 =1,52 et gaine 𝑛2 =1,505. Le diamètre est de 5𝜇𝑚, la longueur d’onde
Une FO multimodale à saut d’indice (62,5/125) a pour caractéristiques : étant de 1,54𝜇𝑚.
D’ouverture Numérique ON = 0,20, d’indice du cœur η1 = 1,5 et d’indice de
la gaine η2. 1. Déterminer le demi-angle du cône d’acceptance et celui de son cône d’acceptance.
2- Renseigner le schéma ci-dessus et déterminer : 2. De quelle fibre s’agit-il ? justifier.
Demi-angle incident : ...………….…..… Angle Réfracté : ………….…… 3. Donner les caractéristiques de cette fibre.
Diamètre du cœur (d1) = ..……………… Diamètre de la gaine (d2) =…… 4. Quelle sera sa longueur d’onde de coupure.
5. Déterminer sa vitesse de phase.
Les pertes observées : les pertes de lignes et les pertes de couplage qui sont respectivement
1,42 dB/Km et 2,5 dB. Nous réalisons à chaque 60 Km un raccordement occasionnant une
perte de 0,6 dB par point de raccordement.
3- Déterminer :
EXERCICE 5
a- L’angle de réfraction maximale.
b- L’écart maximum des trajets entre deux impulsions lumineuses pour une fibre d’un Un système optique autorise un affaiblissement linéique de 0,2 dB/Km.
km. 1. Donner le type de fibre et indiquer les modes de propagation appropriées.
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EXERCICE 8
EXERCICE 6
Un rayon lumineux pénètre dans l'une des fibres optiques d'un fibroscope. Une fibre optique de silicone à échelon d’indice a un indice de cœur de 1,480 avec les
dimensions suivantes : 100/125 fonctionne à une fréquence de 1,5.1014 Hz.
EXERCICE 7
Un rayon lumineux dont l’angle d’incidence est de 35° traverse un verre plein d’eau
(n=1,33), le long de son diamètre. Le verre a un diamètre intérieur de 6 cm et possède des
rebords de 6 mm d’épaisseur dont l’indice de réfraction est 1,5.
1. a. Établir la relation entre l'angle d'incidence imax et l'angle de réfraction r (relation 1)
1. Quelle sera la valeur de l’angle de réfraction à la sortie du verre ? lors de la réfraction entre l'air et le cœur.
2. Quelle distance verticale le rayon aurait-il parcourue entre son point d’entrée et b. Recopier le schéma de la fibre optique en faisant apparaître les angles imax et r.
son point de sortie ?
2. Pour que le rayon se propage dans la fibre, il doit subir une réflexion totale sur la
3. Calculer le chemin optique entre son point d’entrée et celui de sortie.
surface séparant le cœur de la gaine.
On note i’lim, l'angle d'incidence limite.
a. Représenter l'angle d'incidence limite i’ lim sur le schéma.
b. Que vaut l'angle de réfraction lorsque l'angle d'incidence est i’lim.
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c. Démontrer que sin i’ (relation 2). ng et nc sont les indices de réfraction respectifs EXERCICE 11
de la gaine et du cœur.
Une fibre optique de 50 km est utilisée pour la transmission d’un signal optique. Les
3. Exprimer l'angle r en fonction de i'lim, puis sin r en fonction de i'lim (relation 3).
indices du cœur et de la gaine sont respectivement 2,3525 et 2,2520. Cette fibre de
On pourra utiliser le cercle trigonométrique ou la relation
longueur d’onde 1,54 𝜇𝑚 a les caractéristiques suivantes : EgFO= 1,42 eV/ 𝜇𝑚 ;
sin (a -b) = sin a .cos b - sin b . cos a.
Egrecpt ≈ 1,12 eV/𝜇𝑚.
4. Déduire des relations 1, 2 et 3 l'égalité : sin i . On considère que
l'indice de l'air est égal à 1,00. 1. Déterminer le délai d’extinction.
5. Faut-il que les indices du cœur et de la gaine soient proches ou très différents pour 2. Que représente-t-il ?
obtenir une grande ouverture numérique? 3. Déterminer la capacité de cette fibre en Kbits/s
4. Déterminer la portance de cette fibre si la puissance d’émission est égale à 30 mW,
EXERCICE 10
la perte de ligne 5 dB/km, la perte de couplage 3 dB, et la sensibilité égale à 1
La propagation d’un rayon lumineux à l’aide d’une fibre optique à échelon d’indice nW.
peut être schématisée par la figure ci-dessous : 5. Cette fibre optique est-elle opérationnelle ? justifier votre réponse.
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EXERCICE 13
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EXERCICE 17
EXERCICE 18
n2
ϕ
n1
La propagation d’un rayon lumineux dans une fibre optique à échelon d’indice est
donnée par la figure ci-dessus. On donne : n1 = 1,65 ; n2 = 1,5 ; longueur de la fibre
L = 2 km.
1- Calculer l’angle qui garantit la réflexion totale du rayon lumineux dans cette fibre.
2- Calculer l’angle maximal qui permet la propagation du signal dans cette fibre.
3- Pour le mode de transmission en ligne droite sans réflexion, calculer le temps de
transmission d’une information dans la fibre.
4- Pour le mode de transmission correspondant à des réflexions successives de ϕ=60°,
calculer le temps de transmission de l’information.
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