Compte Rendu TP 2 Communication Optiques [PDF]

Zitiervorschau

Année universitaire 2020/2021

Compte rendu TP 2 en communications optiques

Groupe: RT4-1 Réalisé par: Belkacem Mohamed Ghaith Cherif Yahya Souissi Saifeddine

Etude du canal de transmission fibre optique

I.

Objectif du TP:

L’étude de ce TP vise à analyser le fonctionnement de la fibre optique monomode. Cette analyse portera sur l’étude du comportement de ce canal de transmission en termes d’affaiblissement et dispersion chromatique.

II.

Simulation temporelle d’une fibre optique :

Schéma du montage:

L’entrée E est une impulsion super gaussienne. La fibre optique FO est de type monomode. L’impulsion super gaussienne E permet de générer le signal U(t) définit par l’équation :

C: est le coefficient de Chirp. T0: est la période qui correspond à la demi-largeur où la puissance est réduite d’un facteur e. 1/T0: est la fréquence de la gaussienne. m: est l’ordre de la gaussienne. Il s’agit d’une constante liée à la pente de l’impulsion courte. Les caractéristiques de la fibre optique monomode sont : La longueur de la fibre optique. ● Le coefficient d’atténuation. ● La dispersion chromatique peut être soit variée selon une fonction définie, soit une constante. Dans notre cas la dispersion chromatique est une constante. ● Retard introduit par la fibre optique. ● La non linéarité de la fibre optique induit deux effets : l’effet de Kerr et de Raman Après avoir schématisé le montage du canal de transmission, on initialise les paramètres des éléments optiques.

Initialisation de l’impulsion super gaussienne:

Initialisation de la FO:

1. Calcul de longueur d’onde :

𝜆λ =

c f

𝜆 3.10^8 λ= 193.10^12 𝜆λ = 1,55µm 2. Le nombre de points minimal qui doit figurer dans la simulation temporelle est: NbPoints_min=1000

3. Simulation temporelle :

Interprétation: On remarque que le signal à la sortie est décalé par rapport au signal d'entrée. En effet l’entrée commence à partir de 0ns, et arrive à la sortie avec un décalage de 1ns. Ce retard est dû à la caractéristique de la fibre liée au retard. (En réalité ce retard est dû à la transmission du signal sur une distance donnée) On remarque aussi que l’amplitude est atténuée (atténuation ~ 0,2 dB/Km). Cette atténuation est aussi due à la caractéristique de la fibre liée au coefficient d’atténuation. En effet l’amplitude à l’entrée est: 10^(−2)W𝜆 Par contre, l’amplitude à la sortie est: 4.10^(−3)𝑊

4. On varie la longueur de la fibre optique entre 20 et 100 Km :

Longueur (KM) Puissance(W)

20

40

60

80

100

40.10 −4

15.10 −4

6.5.10 −4

2,5.10 −4

0,9.10 −4

On peut déterminer la fonction affine correspondante: Puissance=f(Longueur) sous la forme P(x)=ax+b Détermination de la pente et ordonnée à l’origine: (y2−y1)

Pente a = x2−x1

=(0,9.10 −4 − 40.10 −4 )/(100 − 20) = −4,8875.10 −5 Ordonnée à l’origine b=0,9.10 −4 − (−4,8875.10 −5 . 100) = 4,9775.10 −3 On obtient la fonction suivante: P(x)=−4,8875.10 −5 . x + 4,9775.10 −3 On obtient la courbe suivante:

III.

Détermination des caractéristiques du canal de transmission fibre optique:

Montage réalisé :

1. Simulation temporelle:

Interprétation: On constate que la sortie est le résultat de sommation des deux signaux à l’entrée avec une différence au niveau du retard (E1 avec un retard R1= 100ps, E2 avec un retard R2= 400ps) pour une longueur de fibre optique = 20km.

2. Varier le coefficient de chirp entre -6 et 6 de pas de 1: Simulation temporelle pour C=-6 et m=1, retard R1=100ps, retard R2=400ps:

Pour obtenir le débit maximal on doit rapprocher le signal de l’entrée E2 en diminuant le retard R2 jusqu’à atteindre une intersection mi-hauteur.

Pour un retard R2=150ps, on obtient la simulation temporelle de sortie suivante:

Pour une amplitude de ~15.10^(-3), la mi-hauteur correspond à peu près à ~7,5.10^(-3), ce qui est le cas. On calcule ainsi DeltaT=R2-R1 pour obtenir le debit maximal B des signaux d’entrées. DeltaT=R2-R1=150-100=50ps = 50.10^(-12)s B=1/DeltaT

Coefficient de Chirp

R2: Retard de E2 (en 10^(-12)s)

DeltaT: (en 10^(12) s)

Debit: B=1/DeltaT (en 10^12 s^-1)

-6

150

50

1/50=0.02

-5

170

70

1/70=0.0142

-4

190

90

1/90=0.0111

-3

210

110

1/110=0.0090

-2

230

130

1/130=0.0076

-1

250

150

1/150=0.0066

0

270

170

1/170=0.0058

1

290

190

1/190=0.0052

2

310

210

1/210=0.0047

3

330

230

1/230=0.0043

4

350

250

1/250=0.004

5

370

270

1/270=0.0037

6

390

290

1/290=0.0034

Tracer la fonction B=f(C). En utilisant le langage python, dont voici le code: import numpy as np list1=[2,1.42,1.11,0.9,0.76,0.66,0.58,0.52,0.47,0.43,0.4,0.37,0.34] list2=[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6] plt.plot(list2,list1) plt.xticks(np.arange(min(list2), max(list2)+1, 1.0)) plt.scatter(list2,list1) plt.xlabel('Coefficient de Chirp') plt.ylabel('Débit en 10^10') plt.show() Voici la courbe obtenue:

NB: L’échelle en débit est de 10^10

Cas où m=2 Coefficient de Chirp

R2: Retard de E2 (en 10^(-12)s)

DeltaT: (en 10^(-12) s)

Debit: B=1/DeltaT (en 10^12 s^-1)

-6

130

30

1/30

-5

145

45

1/45

-4

155

55

1/55

-3

170

70

1/70

-2

185

85

1/85

-1

200

100

1/100

0

215

115

1/115

1

230

130

1/130

2

245

145

1/145

3

260

160

1/160

4

275

175

1/175

5

290

190

1/190

6

315

215

1/215

IV.

Recherche bibliographique

Etudier les différents types de fibre optique Il existe principalement deux types de fibre optiques : • La fibre multimode : Ce type de fibre est dit multimode car la lumière se propage suivant plusieurs modes (plusieurs trajets) à l’intérieur du cœur de la fibre. Ce type est lui-même divisé en deux sous-types : 1.

➢La fibre à saut d’indice : C’est le type de fibre le plus simple, directement issue des applications optiques traditionnelles. La fibre à saut d’indice n’est presque plus utilisée de nos jours (son débit est limité à 50 Mb/s). En effet, elle disperse le signal. ➢ La fibre à gradient d’indice : Contrairement au type précédent, le cœur de ce type de fibre est composé de plusieurs couches dont l’indice de réfraction est différent à chaque couche et l’indice de réfraction diminue de l’axe jusqu’à la gaine. Le faisceau lumineux subit, donc, à chaque couche une réfraction. • La fibre monomode : La fibre optique monomode à un cœur dont le diamètre est inférieure ou égale à 10μm, ce qui permet le passage d’un unique rayon lumineux m, ce qui permet le passage d’un unique rayon lumineux dans la fibre optique qui suit l’axe de la fibre. Il n’y a donc plus de phénomène de dispersion des temps de propagation d’où un très grand débit.

2. Expliquer le principe de la dispersion chromatique et intermodale : • La dispersion chromatique : Elle correspond aux variations de temps de propagation des diverses longueurs d'onde, et est l'un des facteurs limitant de la bande passante. Dans le cas de la fibre optique, les sources de lumières (LED ou laser) ne sont pas des sources monochromatiques, mais des sources qui produisent de la lumière dans une gamme de longueur d'ondes. Les temps de propagation vont donc s'étaler sur une certaine durée. Son unité correspond à ps/(nm.km), les picosecondes correspondant à l'élargissement temporel, les nanomètres à la largeur spectrale et les kilomètres à la longueur de fibre. Pour les fibres multimodes, la dispersion chromatique est négligeable par rapport à la dispersion intermodale. Pour les fibres monomodes ont une dispersion nulle au voisinage de 1.3 μm, ce qui permet le passage d’un unique rayon lumineux m de longueur d'onde, et d'environ 17 ps/(nm.km) au voisinage de 1.55 μm, ce qui permet le passage d’un unique rayon lumineux m.

• La dispersion intermodale : Lorsqu'on utilise une fibre multimode, la lumière peut prendre plusieurs chemins (modes) lorsqu'elle se propage dans la fibre. La distance parcourue par certains modes est donc différente de la distance parcourue par d'autres modes. Lorsqu'une impulsion est envoyée dans la fibre, elle se décompose selon les différents modes. Certains modes arrivent donc avant d'autres et l'impulsion s'étale. Cela conduit à un élargissement des impulsions qui limitent la bande passante, chaque impulsion pouvant se répartir dans les différents modes. Pour des communications à longue distance, on utilise des fibres dites monomodes, de diamètre de cœur plus faible, où il n'existe qu'un mode de propagation. La dispersion intermodale est alors inexistante.

3. Le coefficient de Chirp : Un Chirp est un signal pour lequel la fréquence augmente (up-chirp) ou diminue (down-chirp) dans le temps. Il est représenté par un signal pseudo périodique modulé en fréquence autour d’une fréquence porteuse, ainsi que modulé en amplitude par une enveloppe bien définie dont les variations sont lentes par rapport aux oscillations de la phase.