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La fibre optique. 21 Mars 2013 David CARRIN. SOMMAIRE. Introduction à la fibre optique Quelques notions d’optique Principe d’une transmission par fibre optique Le raccordement optique. Introduction à la fibre optique.
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La fibre optique 21 Mars 2013 David CARRIN
SOMMAIRE • Introduction à la fibre optique • Quelques notions d’optique • Principe d’une transmission par fibre optique • Le raccordement optique
Introduction à la fibre optique • Les télécommunications modernes font largement appel aux fibres optiques car celles-ci présentent de très grands avantages par rapport aux câbles en cuivre: • Faible atténuation • Légèreté • Grande bande passante • Sécurité • Guide insensible aux rayonnements Les inconvénients résident surtout dans le domaine de la fragilité et du coût.
Introduction à la fibre optique • Il existe deux types de fibre optique: • La fibre monomode • La fibre multimode
Introduction à la fibre optique • FIBRE MULTIMODE Guide d’onde optique dans lequel la lumière voyage en modes multiples. Le rapport typique des dimensions coeur/gaine (mesurée en microns) d’une telle fibre est de 62,5/125 ou 50/125.
Introduction à la fibre optique • Fibre MONOMODE Fibre optique avec un coeur de faible diamètre (habituellement 9 μm) dans laquelle un seul mode, le mode fondamental, peut se propager. Ce type de fibre est particulièrement adapté aux transmission à large bande sur grandes distances puisque sa bande passante n’est limitée que par la dispersion chromatique.
Fibre multimode Fibre monomode cœur = 50, 62,5 ou 100 μm cœur < 10 μm Bande passante < 1Ghz Bande passante > 1Ghz Fibre à saut ou à gradient d’indice Fibre à saut d’indice Introduction à la fibre optique
250 μm Introduction à la fibre optique Structure d’une fibre nue: Elle est composée de 2 parties concentriques distinctes
Introduction à la fibre optique Structure d’une fibre nue: Elle est composée de 2 parties concentriques distinctes: Une partie optique qui canalise et propage la lumière 125 μm partie optique
250 μm revêtement de protection Introduction à la fibre optique Structure d’une fibre nue: Elle est composée de 2 parties concentriques distinctes: Une couche de protection mécanique appelée revêtement primaire (coating) sans fonction de propagation
Introduction à la fibre optique La partie optique, qui propage la lumière, est constituée de deux couches concentriques indissociables: -Le coeur optique (Core) composé de silice dans lequel se propagent les ondes optiques. - La gaine optique (Cladding) composée en général du même matériau que le coeur mais dopée différemment. Elle confine les ondes optiques dans le cœur.
Quelques notions d’optique • L’indice absolu d’un milieu (généralement noté n) est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. Plus la valeur de l’indice est élevée et plus la vitesse de l’onde est faible.
Période T = 6,28 s Quelques notions d’optique Fréquence (f en Hz):nombre de vibrations par unité de temps dans un phénomène périodique. f = 1/T = 0,159 Hz
λ = 6,28m Quelques notions d’optique • Longueur d’onde (λ en m): distance entre deux points consécutifs de même phase d’un mouvement ondulatoire qui se propage en ligne droite. La longueur d’onde est généralement exprimée en nm.
Quelques notions d’optique Relation entre la fréquence et la longueur d’onde: λ=v/f • λ est la longueur d’onde en mètres • v est la vitesse de l’onde dans le milieu considéré • f est la fréquence de l’onde en Hz ou s-1 Dans un milieu donné, toute onde lumineuse se caractérise indifféremment par sa fréquence ou sa longueur d’onde.
Longueurs d’onde utilisées pour la fibre optique (situées dans l’invisible) Quelques notions d’optique
1625 IV fenêtre systèmes monomodes Quelques notions d’optique Spectre utilisé dans le cadre de la transmission par fibre optique
Fibre multimode à saut d’indice Fibre multimode à gradient d’indice Fibre monomode à saut d’indice 100 MHz Quelques GHz > 10 GHz Quelques notions d’optique La bande passante: C’est la capacité de transmission de la fibre optique. Elle est limitée par les phénomènes de dispersion. Les valeurs typiques de bande passante pour une fibre de 1 km sont:
Quelques notions d’optique • Les classes de fibre La fibre OM1 La fibre OM1 correspond à une fibre 62,5/125 µm « courante ». La fibre OM2 La fibre OM2 stipule une bande passante de 500 MHz.km dans les deux fenêtres 850nm et 1300nm. Les fibres 50/125 µm « courantes » répondent à cette spécification (et la dépassent).
Quelques notions d’optique La fibre OM3 est définie pour couvrir les besoins des futures liaisons à 10 Gbit/s. Cette spécification de fibre vise à atteindre ce débit sur des distances de 300 m à 850 nm. La fibre OM3 stipule une bande passante de 1500 MHz.km dans la fenêtre 850 nm et des caractéristiques de bande passante mesurées avec un émetteur à diodes laser (fibre 50/125µm) La fibre OS1 Permet de transmettre le 10Gb/s sur 2 à 10 km. C’est la fibre G652 la plus couramment utilisée dans les réseaux de télécommunications.
Principe d’une transmission par fibre optique Les récepteurs • Les détecteurs de lumière utilisés en transmission optique sont des photodiodes à semi-conducteur. Il existe sur le marché essentiellement deux types de composants • La photodiode PIN • La photodiode à avalanche (utilisé pour de faibles niveaux de réception). Ces deux composants transforment une énergie lumineuse en une énergie électrique. • Les diodes PIN sont les plus populaires et les moins coûteuses alors que les diodes à avalanches sont les plus performantes.
Le raccordement optique • Le raccordement optique permet de mettre bout à bout deux fibres afin d’assurer le passage de la lumière avec un minimum de pertes. • On les caractérise par deux principaux critères: • Perte d’insertion • Réflectance
Le raccordement optique Problèmes liés au raccordement de deux fibres • Non alignement des axes de 2 fibres • Ecartement de 2 faces optiques • Mésalignement angulaire des 2 axes de fibres Suivant la norme NF EN 188100, les fabricants de fibre se doivent de respecter les tolérances suivantes: • Diamètre du cœur 9,05 ± 0,50 µm • Diamètre de gaine optique 125 ± 2 µm • Concentricité cœur/gaine <0,6 µm
Le raccordement optique La réflectance est une grandeur permettant de caractériser le coefficient d’un élément optique réfléchissant. On la définit comme le rapport entre la puissance réfléchie par l’élément sur la puissance incidente. Non contrôlées, les réflexions peuvent dégrader les performances du système en perturbant le fonctionnement de l’émetteur laser, créer des perturbations sur du signal analogique ou générer du bruit sur le récepteur (surtout dans le cas d’une transmission par fibre monomode)
Énergie réfléchie Énergie transmise nair ngaine ncoeur Dioptres Le raccordement optique Les pertes de Fresnel: Elles sont également appelées pertes par réflexion ou return loss Les réflexions sont dues aux discontinuités d’indice de réfraction
Le raccordement optique • Les connecteurs Il existe plusieurs types de connecteurs: -SC -ST -LC -MTRJ -VF-45 -etc…….
