Principe de La Fibre Optique [PDF]

Zitiervorschau

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La fibre optique Réalisé par : D.OUHOCINE

 La fibre optique: structure et fonctionnement  Dégradation du signal dans une fibre optique  Différents Standards de fibres optiques

Structure d’une fibre optique La fibre est composée de matériel diélectrique en verre de silice ou en plastique, avec une partie centrale appelée Cœur, d'indice de réfraction n1 et d'une partie concentrique située autour du cœur et appelée Gaine optique d'indice n2 inférieur à n1 . Revêtement Gaine

n2 n1

nI > n2

Cœur

125 mm

La fibre est entourée d'une protection primaire appelée gaine mécanique en silicone et/ou en époxy acrylate. Dans un langage courant la fibre avec sont revêtement primaire est appelé Brin.

 Matière du cœur : Silice dopée, verre, polymères...  Matière de la gaine : Silice, silicone, verre, polymères durs, plastiques...  Matière du revêtement : epoxy acrylate, Nylon, polyéthylène, PVC ...

Les dimensions standard d’une fibre optique 250 à 500 mm 125 mm

8 à 62,5 mm

Gaine mécanique

Gaine optique (n2)

Coeur (n1) (n1>n2)

La première fibre optique est une fibre multimodes a saut d’indice de diamètres 100/140 µm à dépôt solide

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Fabrication de la fibre optique La fabrication des fibres se déroule en trois étapes qui sont : 1. La réalisation de la préforme 2. Le retreint 3. Le tirage

Quelle longueur de fibre peut-on obtenir avec une préforme de 50 cm de long et 1 cm de diamètre ? (Diamètre typique d'une fibre télécom :125µm) Le volume de la préforme restant conservé, la longueur de la fibre est de 3.2 Km.

Fabrication de la fibre optique

• La réalisation de la préforme Dans la fabrication d'une fibre optique, la première étape est la réalisation de la préforme. L'accroissement d'indice du coeur de la fibre nécessaire pour qu'il y ait guidage de la lumière est obtenu par un apport de dopants. La préforme est initialement constituée d'un barreau creux de silice pure dans lequel on fait passer la source de dopants à l'état gazeux (GeCl4 par exemple). Le tube est maintenu en rotation pendant qu'une torche effectue un mouvement de translation le long de celuici. Au passage de la torche, sous l'action de la chaleur, les dopants se déposent en couches successives sur les parois du tube sous forme de suies. On réitère cette opération jusqu'à obtenir le nombre de couches voulues. • Rétreint On augmente ensuite la température pour faire fondre la silice et refermer la préforme; il s'agit du rétreint. La préforme est maintenant constituée. • Tirage On réalise le tirage de la fibre en plaçant la préforme dans un four à induction qui fond la silice. On fixe sur un tambour en rotation le filament de verre qui s'est étiré par gravitation. On rajoute un revêtement en silicone qui assure une protection mécanique de la fibre. La vitesse de rotation du tambour définit le diamètre de la fibre.

CONDITIONS DE GUIDAGE : ANGLE D’ACCEPTANCE ET OUVERTURE NUMÉRIQUE

La propagation de la lumière se fait par réflexion interne totale et ne nécessite pas de grande différence entre n1 et n2. Pour qu’un rayon soit guidé dans le cœur de la fibre, il faut que sa direction a l’entrée se situe dans le cône d’acceptance. Un rayon hors du cône d’acceptance engendrera un rayon réfracte dans la gaine.

n2 n1

L 𝜃𝑚𝑎𝑥

n2 Le rayon de lumière émis par la source doit frapper la limite air/cœur à l’intérieur

d’un angle spécifique nommé angle d’admission 𝜽𝒎𝒂𝒙 L’ouverture numérique ON est définie ON = sin 𝜽𝒎𝒂𝒙 =

n2  n2 1 2

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CLASSIFICATION DES FIBRES Profils d’indice

Les profils d’indice suivants , en fonction de la valeur de  sont utilisés Exposant de profil

=1 =2 

Profil d’indice

Triangulaire Parabolique Rectangulaire

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.5

D de l’IR %

D de l’IR %

n2

6045 3015 0 15304560

Rayon (mm)

Profil parabolique

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5

n1 IR 60 45 30 15 0 15 30 45 60

Rayon (mm)

Profil triangulaire

Fibre a gradient d’indice

n1 n2 Diamètre Profil rectangulaire Fibre a saut d’indice

MODES DE PROPAGATION MODES DE PROPAGATION •

Issue du caractère ondulatoire de la lumière, l'injection d'une impulsion optique dans la fibre entraîne une décomposition de celle-ci en sous entités énergétiques appelées modes qui se propagent différemment. 1. En multi mode l'énergie se répartie sur plusieurs modes ou rayons guidés . 2. En monomode l’énergie se repartie en un seul mode appelé mode fondamental qui se propage le long de l’axe.

Pour toute longueur d’onde utilisée > c la fibre est Monomode Pour toute longueur d’onde utilisée < c la fibre est Multi mode. La longueur d’onde de coupure c∞ pour fibre à saut d’indice est égale à:

c 

2a.ON 2,405

La longueur d’onde de coupure c pour fibre à gradient d’indice est égale à:

c 

2a.ON

2,405 1  2 / 

CLASSIFICATION DES FIBRES FIBRE MULTIMODE A SAUT D’INDICE

Les rayons guidés qui se propagent dans ce type de fibre parcourent des trajectoires différentes avec des vitesses identiques.

n1

n2

La taille du cœur : 62,5 µm, de la gaine (125 microns). Fenêtre spectrale 850 nm, 1300 nm Norme: OM1 9

CLASSIFICATION DES FIBRES FIBRE MULTIMODE A GRADIENT D’INDICE 1,46 1,472 1,475 1,476 1,478 1,48

La diminution progressive de l’indice de cœur depuis l’axe vers la gaine fait que les rayons guidés parcourant les plus grandes trajectoires se propagent plus vite ce qui réduit la dispersion. n1

• La taille du cœur : 50 µm, de la gaine (125 microns). • Fenêtre spectrale 850 nm, 1300 nm • Standard UIT G651.1 ou standard ,OM2,OM3,OM4

n2

CLASSIFICATION DES FIBRES FIBRE MONOMODE

 Ce sont des fibres dans lesquelles ne se propage ,théoriquement ,qu’un seul mode: le mode fondamental Rayon lent

Rayon rapide

 Pour qu’une fibre soit monomode, il faut que la dimension du cœur doit être petite devant la longueur d’onde. Dans ce cas l’approche par l’optique géométrique n est pas valable est on fait appel a l’optique ondulatoire. n2

 Il existes plusieurs standards UIT-T de fibres monomode G652 G653 G654 G655 G656 G657

D%

     

n1

IR

G652 n1 n2

8à10 mm

 0,3 %

CLASSIFICATION DES FIBRES FIBRE MONOMODE

Diamètre de champs de mode

• Dans la fibre monomode, la lumière n’est pas strictement confinée dans le cœur. • Le mode fondamental LP01 n’est pas strictement un mode transverse et ne se propage pas strictement en ligne droite. • La distribution lumineuse (l’intensité du champs) du mode fondamentale est sous forme gaussienne. Cette approximation est valable pour 1.8