dispersion compensation fiber, solution de la dispersion

N° d’ordre : 05 / STI / TCO Année Universitaire : 2014 / 2015

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

----------------------

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

-----------------------

DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

en vue de l’obtention

du DIPLOME de MASTER à visée professionnelle

Spécialité : Télécommunication

Option : Systèmes de Traitement de l’Information (STI)

par : MANERAELSON Hery Zo

Dispersion Compensation Fiber, solution de la

dispersion chromatique d’une liaison optique longue

distance sur fibre monomode G.652 à Madagascar

Soutenu le Vendredi 08 avril 2016 à 08h à la bibliothèque de l’ESPA devant la

Commission d’Examen composée de :

Président :

M. ANDRIAMIASY Zidora, Maître de Conférences

Examinateurs :

M. RATSIHOARANA Constant, Maître de Conférences

M. RANDRIAMITANTSOA Andry Auguste, Maître de Conférences

M. RASAMOELINA Jacques, Assistant d’enseignant

Directeur de mémoire :

M. RAVONIMANANTSOA Ndaohialy Manda Vy, Maître de Conférences

i

REMERCIEMENTS

« Par la grâce de Dieu, je suis ce que je suis »

I Cor 15 :10a

Ce mémoire est l’aboutissement de cinq années d’études effectuées au sein de l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

On tient à exprimer toutes nos reconnaissances à Dieu tout Puissant de nous avoir donné la

force, le courage et la foi d’achever ce travail, sans quoi ce présent mémoire n’aurait été

abouti.

Un vif remerciement à Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon Dieudonné, Professeur

Titulaire, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo de m’avoir permis

d’étudier au sein de l’ESPA pour puiser les connaissances nécessaires durant ces cinq longues

années.

On adresse également nos sincères remerciements à Monsieur RAKOTOMALALA Mamy

Alain, Maître de Conférences à l’ESPA, chef du département télécommunication, de son

savoir de gérer, permettant à chacun des élèves de progresser dans les études, sources de

motivations et de compétences au sein du département.

Un chaleureux remerciement est adressé également à Monsieur ANDRIAMIASY Zidora,

Maitre de Conférences, qui nous fait l’honneur de présider le jury de soutenance de ce

mémoire

Nos vifs et chaleureuses remerciements s’adressent aussi à :

- Monsieur RATSIHOARANA Constant, Maître de Conférences

- Monsieur RANDRIAMITANTSOA Andry Auguste, Maître de Conférences

- Monsieur RASAMOELINA Jacques, Assistant d’Enseignant

qui ont consacré leur temps à voir de près ce présent livre et de venir comme étant membres

de jury à la présentation de ce mémoire.

On est particulièrement reconnaissant envers Monsieur RAVONIMANANTSOA Ndaohialy

Manda Vy, Maître de Conférences enseignant au sein du département télécommunication,

d’avoir permis de réaliser l’ensemble de ces travaux dans d’excellentes conditions et d’avoir

donné ses savoirs dans l’accomplissement de ce présent mémoire.

On adresse également nos sincères remerciements à toute l’équipe de l’ESPA, à tous les

enseignants du département.

Sans oublier avant tout de remercier mes très chers parents : Dr MANERA Jean Yves et Dr

RAMAMONJIARISOA Voahangiarinivo qui sont sources de mes motivations à étudier très

dur pour assurer un avenir meilleur. Egalement merci à mes deux chères petites sœurs.

ii

REMERCIEMENTS………………………………………………………………………. i

TABLE DES MATIERES…………………………………………………………………...iii

NOTATIONS…………………………………………………………………………………xi

LISTE DES ABREVIATIONS…………………………………………………………. xiv

INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………………….1

CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LA FIBRE OPTIQUE ............................................................. 3

1.1 Historiques de la fibre optique ................................................................................................... 3

1.2 Comparatif des caractéristiques de différents supports de propagation ....................................... 5

1.3 Système de communication par fibre optique .................................................................................. 5

1.4 Description d’une fibre optique ......................................................................................................... 6

1.5 Constitution d’une fibre ..................................................................................................................... 7

1.6 Différents types de fibres .................................................................................................................... 8

1.6.1 Fibre multimode .................................................................................................................... 8

1.6.2 Fibre monomode ................................................................................................................. 10

1.7 Les différents types de câble ............................................................................................................ 10

1.8 Isolation des fibres optiques ............................................................................................................. 12

1.8.1 La structure serrée .............................................................................................................. 12

1.8.2 La structure libre ................................................................................................................ 12

1.8.3 La structure ruban .............................................................................................................. 13

1.9 Exemples de caractéristiques de quelques fibres optiques normalisées ....................................... 14

1.10 Propagation d’une onde lumineuse dans une fibre optique ........................................................ 15

iii

1.10.1 La fibre optique : milieu de propagation ......................................................................... 15

1.10.2 La réflexion totale interne ................................................................................................ 16

1.10.3 Bande passante ................................................................................................................. 17

1.10.4 Les effets linéaires ............................................................................................................ 18

1.10.5 Les effets non linéaires ..................................................................................................... 22

1.11 Quelques applications de la fibre optique ..................................................................................... 24

1.12 Avantages de la fibre optique ......................................................................................................... 25

1.13 Conclusion........................................................................................................................................ 26

CHAPITRE 2 LE RESEAU DE TRANSPORT OPTIQUE ............................................................ 27

2.1 Introduction ....................................................................................................................................... 27

2.2 Caractéristiques d’une liaison fibre optique ................................................................................... 27

2.2.1 Un système d’émission ........................................................................................................ 27

2.2.2 Un système de réception ..................................................................................................... 28

2.3 Raccordement optique ...................................................................................................................... 28

2.3.1 Épissures par fusion ........................................................................................................... 29

2.3.2 Epissure mécanique ............................................................................................................ 30

2.4 Les connecteurs optiques .................................................................................................................. 30

2.4.1 Connecteur ST .................................................................................................................... 31

2.4.2 Connecteur FC .................................................................................................................... 32

2.4.3 Connecteur .......................................................................................................................... 33

2.4.4 Connecteur VF-45 .............................................................................................................. 33

2.4.5 Connecteur LC .................................................................................................................... 35

iv

2.4.6 Connecteur MU................................................................................................................... 36

2.4.7 Connecteur MTRJ .............................................................................................................. 36

2.4.8 Connecteur EC .................................................................................................................... 37

2.4.9 Connecteur OPTOCLIP ..................................................................................................... 39

2.5 Amplificateurs optiques .................................................................................................................... 40

2.5.1 Amplificateur optique à semi-conducteurs ........................................................................ 40

2.5.2 Amplificateur optique à fibre dopée ................................................................................... 41

2.5.3 Amplificateur Raman ......................................................................................................... 42

2.6 La commutation optique .................................................................................................................. 42

2.6.1 Mode paquets ...................................................................................................................... 42

2.6.2 Mode circuit ........................................................................................................................ 42

2.7 Les réseaux d’accès FTTx ................................................................................................................ 43

2.7.1 Systèmes FTTC ................................................................................................................... 43

2.7.2 Systèmes FTTB ................................................................................................................... 43

2.7.3 Systèmes FTTH ................................................................................................................... 44

2.8 La technologie SDH .......................................................................................................................... 44

2.8.1 Principe de la technologie SDH ......................................................................................... 44

2.8.2 Définition des éléments de la hiérarchie synchrone .......................................................... 45

2.8.3 Infrastructure d’un réseau SDH ........................................................................................ 46

2.8.4 Topologie ............................................................................................................................. 49

2.9 La technologie WDM ........................................................................................................................ 51

2.9.1 Introduction ........................................................................................................................ 51

v

2.9.2 Principes de la technologie ................................................................................................. 51

2.9.3 Les composants d’un réseau WDM .................................................................................... 52

2.9.4 Les systèmes WDM ............................................................................................................. 53

2.10 Conclusion........................................................................................................................................ 54

CHAPITRE 3 LA DISPERSION CHROMATIQUES ET LES DIFFERENTES SOLUTIONS

DE COMPENSATION DE DISPERSION ....................................................................................... 55

3.1 Introduction ....................................................................................................................................... 55

3.2 Rappel sur les effets de la dispersion du milieu de transmission .................................................. 55

3.3 La dispersion chromatique ............................................................................................................... 56

3.3.1 Causes de la dispersion chromatique ........................................................................... 57

3.3.2 Description mathématique de la dispersion chromatique ................................................. 58

3.3.3 Méthodes de mesures de la dispersion chromatique ......................................................... 61

3.4 Quelques Compensateurs de dispersion .......................................................................................... 66

3.4.1 Réseau de bragg .................................................................................................................. 66

3.4.2 Compensation de la dispersion par l’utilisation de tableau cohérent d’images virtuelles

ou VIPA ........................................................................................................................................ 67

3.4.3 Conjugaison de phase optique ............................................................................................ 69

3.4.4 Dispersion compensation fiber ........................................................................................... 71

3.5 Conclusion ......................................................................................................................................... 77

CHAPITRE 4 SIMULATION DE LA DISPERSION CHROMATIQUE ET DE LA DCF

SOLUTION DE LA DISPERSION DE LA FIBRE MONOMODE ............................................... 78

4.1 Introduction ....................................................................................................................................... 78

4.2 Présentation du logiciel ..................................................................................................................... 78

vi

4.2.1 L’éditeur de schéma-bloc .................................................................................................... 79

4.2.2 La bibliothèque ................................................................................................................... 79

4.2.3 La simulation ...................................................................................................................... 81

4.2.4 Les résultats de simulation ................................................................................................. 82

4.3 Simulation .......................................................................................................................................... 86

4.3.1 Synoptique de la liaison optique ......................................................................................... 86

4.3.2 Les différents composants utilisés ...................................................................................... 87

4.3.3 Lancement de la simulation ............................................................................................... 94

4.4 Conclusion ....................................................................................................................................... 109

Conclusion générale .......................................................................................................................... 111

ANNEXES .................................................................................................................................................. 116

FICHE DE RENSEIGNEMENTS ................................................................................................... 118

vii

NOTATIONS

1. Minuscules grec

a: rayon du coeur

b:

c:

Exposant du profil d’indice

vitesse de la lumière dans le vide

d: diamètre du coeur de la fibre

dB: déciBel

dB/km: déciBel par Kilomètre

g: Gain

i: angle d’incidence

km: Kilometer

m: Mètre

mW: MilliWatt

n: indice de refraction

nm: Nanometer

r: angle de réflexion

v: angle de réflexion

2. Majuscules grecs

DchDCF : dispersion chromtique de la fibre de compensation de dispersion

DchT : dispersion chromatique totale

GHz : Gigahertz

K : dispersion relative

Kbps : Kilobit par second

L : longueur d’une fibre

Mbps : Mégabit par seconde

viii

ON : Ouverture numérique

Pe : puissance d’entrée

Ps : puissance de sortie

Psat : Puissance de saturation

Q : facteur de qualité

R :

coefficient de réflexion

3. Minuscule latine

l0: longueur d’onde dans le vide

αmax: angle d’incidence maximal

λ : longueur d'onde de la lumière

μm : micromètre

τ : différence de temps

ω : Pulsation

ΦM : Pulse Modulation

ix

LISTE DES ABREVIATIONS

AM : Amplitude Modulation

AOSC : amplificateur optique à semi_conducteur

BER : Bit Error Rate

B-OXC: Band Optical Crossconnect

COMSIS: COMmunication System Interactive Software

CWDM : Code Wavelength Division Multiplexing

CWDM: Coarse Wavelength Division Multiplexing

DCF : dispersion compensation fiber

EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier

FM : Frequency Modulation

FTTB: Fiber to The Building

FTTC : Fiber To The Curb

FTTH : Fiber to The Home

FTTx: Fibre To The x

HOM-DCF : Higher-order-mode Dispersion Compensating Fiber

IOE : interface optique d’émission

IOR : Interface Optique de Réception

IP : Internet Protocol

IPSIS : Ingénierie Pour SIgnaux et Systèmes

LAN : Local Area Network

MAN : metropolitan area network

MEA : Modulateur Electro Absorbant

MIE : Multiplexeur d’Insertion Extraction

MTS : Multiplexeur Terminal Simplifié

x

NRZ : non-retour à zéro

NRZ: Non Retour à Zéro

OADM : multiplexeurs à insertion/extraction optique

OSI : Open System Interconnection

OTM : multiplexeurs terminaux optiques

OXC : Optical Crossconnect

PBT : tube en polyester

PMD : polarisation mode dispersion

POH : Path Over Head

RDS : Relative Dispersion Slope

RPN : Répartiteur électronique

RTC: Réseau Téléphonique Commuté

RZ: Return to Zero

SDH : Synchronous Digital Hierarchy

SM-DC : Single Mode Dispersion Compensation Fiber

STM: Synchronous Transport Module

TVHD : télévision haute définition

UDWDM : Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing

UIT-T: Union Internationale des Télécommunications- Branche de standardisation

des Télécommunications

VIPA : Virtually Imaged Phased Array

WDM : Wavelength Division Multiplexing

1

INTRODUCTION GENERALE

Parmi tant d’autres pays, Madagascar utilise des infrastructures en termes de liaison optique. Les

abonnés demandent le déploiement d’un réseau optique pour l’utilisation des données. Cependant,

des problèmes liés à cette infrastructure optique sont abondants techniquement. Sur une

transmission moyenne et longue distance, les pertes rencontrées dans la fibre s’étalent à la limite

de 20 dB/km. Depuis, les chercheurs n’ont cessé d’apporter des solutions pour faire face aux

problèmes rencontrés lors de la transmission du signal, jusqu’à avoir aujourd’hui la possibilité

d'atteindre le niveau actuel de pertes de 0.2dB/km. De telles performances ont engendré la

possibilité de réaliser des réseaux tout optique capable de transmettre avec un débit de 1Tb/s allant

jusqu’à plusieurs dizaines de kilomètres plus de 100 millions de communications téléphoniques

simultanées et ce dans une seule fibre. Le système de transmission sur fibre optique dépasse

largement les systèmes antérieurs en particulier les faisceaux hertziens. Malgré les avantages que

présentent les fibres optiques, des contraintes subsistent limitant ainsi le débit, comme la rapidité

de l'aiguillage du modulateur à l'entrée, la rapidité du détecteur à la sortie, les pertes et les effets de

la dispersion dans la fibre. Ces différentes phénomènes dégradent le signal et augmentent la

probabilité d'erreur lors de la détection. La dispersion intermodale est un des facteurs majeur qui

dégrade le débit dans les fibres multimodes, par contre dans les fibres optiques monomodes, la

dispersion chromatique et la dispersion des modes de polarisation (PMD) sont les effets dispersifs

entraînant la réduction de la capacité du transport de l'information par l'élargissement de

l'impulsion émise dans les réseaux numériques ou bien par la distorsion des signaux transmis dans

les systèmes analogiques. Les chercheurs mais surtout les ingénieurs sont pourtant sollicité à

apporter des solutions durables face à ces différents phénomènes qui dégradent les débits.

Des recherches comme l’étude de la dispersion des modes de la polarisation, mais aussi de la

dispersion chromatique devront être adopté car ce sont les principaux phénomènes limitant les

débits. Mais ce qui nous intéresse dans ce travail c’est surtout la dispersion chromatique se

trouvant dans une fibre monomode utilisé dans les réseaux optiques à Madagascar, et la solution

pour faire face à cela.

Le travail que nous présentons est constitué de quatre chapitres :

2

Premièrement, on parlera de la généralité sur la fibre optique nous permettant de faire une prise en

main de ce support de transmission

Deuxièmement, on abordera sur les réseaux de transports optiques, domaine d’étude et de

recherches effectués lors de ce mémoire.

Ensuite on parlera de la dispersion chromatique et de différentes solutions contre cet effet de

dispersion.

Et enfin nous allons voir une simulation sous COMSIS de la dispersion chromatique rencontré

dans une fibre monomode et aussi une simulation de la ligne Dispersion Compensation Fiber

associé à la fibre monomode, étant solution de cet effet de dispersion jugé inutile et dégradant le

signal mais surtout le débit de transmission.

3

CHAPITRE 1

GENERALITE SUR LA FIBRE OPTIQUE

1.1 Historiques de la fibre optique

Les cylindres de verre ont été un moyen jugé efficace et inventé par les grecs pour conduire des

ondes lumineuses. Il ne s’agissait pas de communication, mais plutôt d’un phénomène décoratif

mis à profit par les « artisans du verre » pour créer des pièces décoratives et admirer la beauté de

la lumière. [1]

Plusieurs siècles plus tard, les artisans de la Renaissance italienne affinèrent la technique des grecs

pour la fabrication de « millefiori ». Leurs procédés de fabrication étaient similaires à ceux utilisés

pour la fibre optique d'aujourd'hui.

En 1854, le physicien irlandais John Tyndall fit la démonstration scientifique du principe de

réflexion totale interne, celui-là même de la fibre optique. Cette démonstration se fait en injectant

un rayon lumineux dans un jet d'eau, et en montrant qu'en changeant la direction du jet d'eau le

rayon lumineux changeait de direction également [1]. Cette idée d'infléchir la trajectoire de la

lumière fut une révolution à une époque où il était communément admis que la lumière voyageait

en ligne droite. De nouvelles inventions utilisant le principe de la réflexion totale, comme des

fontaines lumineuses ou des dispositifs visant à transporter la lumière dans le corps humain,

vinrent conforter ce principe.

Le physicien américain Alexander Graham Bell, inventeur du téléphone, a fait une autre trouvaille

dans les années 1880 : le "photophone". Cet appareil, qui utilisait la lumière pour transporter la

voix humaine sur plusieurs centaines de mètres, était la première forme de communication

"optique". Mais il fallut attendre le XXème siècle pour que la fibre optique apparaisse.

Baird et Hansell firent breveter en 1927 un dispositif permettant de transporter des images de

télévision sur fibres optiques. L'invention ne fut pourtant pas utilisée à grande échelle en raison de

la piètre qualité des fibres optiques utilisées à l'époque.

C'est au début des années 1950, avec le « fibroscope flexible » de Van Heel et Hopkins que la

fibre optique trouva son premier débouché commercial [2]. Il s'agissait de transmettre des images

via des fibres en verre, ce qui s'avéra idéal pour des applications médicales comme l'endoscopie,

4

pour observer l'intérieur du corps humain, ou des applications industrielles pour inspecter des

soudures dans les réacteurs d’avion. A cette période, afin d'accélérer la transmission des

informations, les scientifiques avaient appris à utiliser des signaux optiques tels que les signaux de

fumée, des sémaphores, etc., pour la communication. Toutefois, l'utilité de ces méthodes était

limitée.

Au début des années 1960, le potentiel de la fibre optique fut décuplé par la découverte et le

développement du principe du laser par Alfred Kastler, un physicien français. La réalisation du

laser par les physiciens américains [3] suivit quelques années plus tard. Le laser permit en effet

d'émettre un signal lumineux beaucoup plus puissant et donc de transmettre des informations sur

des distances beaucoup plus grandes sous forme de lumière grâce à la fibre optique [4]. Cette

expérience est souvent considérée comme la première transmission de données par fibre optique.

En 1966 Kao, Hockham et Werts [5] ont lancé des études sur la communication optique par guides

d'ondes diélectriques ou fibres optiques en verre pour éviter la dégradation du signal optique par

l'atmosphère [6]. Cependant, les pertes dans cette fibre optique étaient telles que le signal

disparaissait au bout de quelques centimètres, non par perte de lumière, mais parce que les

différents chemins de réflexion du signal contre les parois finissaient par en faire perdre la phase.

Cela rendait la fibre encore peu avantageuse par rapport à la ligne cuivre traditionnelle. Les pertes

de phase entrainées par l'usage d'une fibre de verre homogène constituaient le principal obstacle à

l'utilisation courante de la fibre optique.[6].

5

1.2 Comparatif des caractéristiques de différents supports de propagation

Support Câble coaxial Ondes radio Fibres optiques

Propagation guidée libre/dirigée guidée

Matériau cuivre / silice

Bande passante MHz GHz THz

Atténuation forte avec fréquence variable très faible

Sensibilité aux

perturbations EM

faible forte nulle

Confidentialité correcte nulle élevée

Applications Réseaux locaux haut

débit, vidéo

Mobiles, satellites,

hertzien

Haut débit longues

distances,

réseaux locaux

Tableau 1.01: Comparatif des caractéristiques de différents supports de propagation

1.3 Système de communication par fibre optique

Si nous prenons l’exemple d’une conversation téléphonique, la voix est traduite en un signal

électrique. Ce signal est transmis jusqu'au récepteur par un câble de cuivre. Le signal électrique est

alors décodé pour reproduire le message de départ.

La fibre optique quant à elle, transporte l'information sous forme de lumière. Pour réaliser cette

même conversation téléphonique, le dispositif Interface Optique d’Emission ou IOE appelé

également « transceiver », qui transforme le signal électrique de départ en signal optique doit être

mis en place. Il s’agit essentiellement d’une diode électroluminescente (DEL) ou d’une diode

6

laser. A l’inverse, l’IOR, pour Interface Optique de Réception appelé également « détecteur », qui

contient une photodiode, transforme le signal optique à la sortie du système en signal électrique,

puis, finalement, en son.

L'information est généralement transmise sous forme de code binaire composé de bits « 0 » et « 1

». Le signal qui est transporté dans la fibre est formé d'impulsions lumineuses : un bit « 1 »

représente une impulsion lumineuse et un bit « 0 » correspond à un intervalle de temps ou il n’y a

pas d’envoi de lumière.

Le défi récurrent des compagnies de télécommunications consiste à transmettre un maximum de

données dans une fenêtre de temps limitée avec le minimum de pertes de signal.

Pour augmenter le débit de transmission, il devient nécessaire de réduire la largeur des impulsions,

ce qui correspond à une augmentation de la fréquence de transmission. [6]

Figure 1.01 : Système de communication par fibre optique

1.4 Description d’une fibre optique

La fibre optique est constituée d’un fil en verre ou en plastique très fin. Sa principale propriété est

de conduire la lumière. La lumière s’y déplace suivant les lois de la réfraction.

La fibre optique utilise le principe de la réflexion totale pour transporter la lumière. Ainsi le rayon

lumineux qui arrive dans la fibre est réfléchi tout le long de la fibre Elle sert dans les transmissions

de données terrestres et océaniques. Contrairement aux câbles coaxiaux, elle permet d’offrir un

débit très élevé d’informations .Elle supporte un réseau « large bande » par lequel peuvent

7

transiter différents types de services : la télévision, la téléphonie, la visioconférence ou les

données informatiques.

La communication par fibre optique utilise la fibre optique comme support de transmission et la

lumière comme transporteur. [7]

Figure 1.02 : Structure d’une fibre

1.5 Constitution d’une fibre

Une fibre optique est constituée d’un milieu diélectrique interne, (en silice) où sera confinée la

plus grande part de l’énergie lumineuse véhiculée dans la fibre et que l’on appelle le cœur. Celui-

ci est entouré d’un second milieu d’indice de réfraction plus faible (également en silice), appelé la

gaine. Enfin, cet ensemble peut à son tour être entouré de couches concentriques de matériaux

généralement plastiques destinés lui fournir une protection et une meilleure résistance

mécanique.[8]

Figure 1.03 : Constitution d’une fibre

Le cœur: C’est dans cette zone, constituée de verre, que la lumière est guidée et se propage le long

de la fibre.

8

La gaine: Couche de verre qui entoure le cœur. La composition du verre utilisé est différente de

celle du cœur. L’association de ces deux couches permet de confiner la lumière dans le cœur, par

réflexion totale de la lumière à l’interface cœur-gaine.

La couche de protection: c’est un revêtement de protection mécanique généralement en PVC.

1.6 Différents types de fibres

Il existe deux types de fibres selon le mode de propagation de la lumière

1.6.1 Fibre multimode

Les fibres multimodes sont les premiers types de fibres optiques qui ont été fabriquées. Le cœur a

une taille importante par rapport au reste de la fibre.

Ce type de fibre présente certains inconvénients tels que l'atténuation des signaux plus marquée ou

encore une vitesse de propagation des signaux plus faible. Elles sont aujourd'hui utilisées sur de

courtes distances ou dans les décorations.

Il existe deux types de fibres multimodes :

1.6.1.1 La fibre à gradients d’indice

Dans ce type de fibre l’indice du cœur diminue progressivement du centre vers sa périphérie, ce

qui compense les différences de trajet. L’étalement des impulsions est nettement plus faible.

Ce type de fibre a un débit plus important et donc une largeur de bande plus importante.

C’est la plus utilisée pour les liaisons informatiques (réseaux LAN). L’indice du cœur diminue

suivant une loi parabolique depuis l’axe jusqu’à l’interface cœur-gaine.

La diminution de l'indice fait que la lumière se propage plus vite, ce qui réduit la dispersion

intermodale [10]

9

Figure 1.04 : Fibre multimode a gradient d’indice

Leur différence réside principalement dans la différence du diamètre du cœur. La fibre à saut

d’indice présente un diamètre de cœur deux à quatre fois plus grand que celui des fibres à gradient

d’indice.

1.6.1.2 Les fibres à saut d’indice

La fibre à saut d’indice est la première fibre à avoir été inventée. Le diamètre de son cœur est

responsable d’une très grande atténuation des données

La propagation se fait par réflexions successives.

Dans ce cas de figure, les rayons ne se propagent pas tous selon le même chemin, ce qui entraine

un étalement des impulsions. Celles-ci risquent de se chevaucher en sortie de liaison. C’est la fibre

la plus ordinaire on la retrouve dans les réseaux locaux.

Figure 1.05 : Fibre multimode à saut d’indice

10

1.6.2 Fibre monomode

Fibre de faible diamètre de cœur, évitant la dispersion des rayons, ceux-ci se propagent donc dans

l’axe de la fibre. Elle est généralement utilisée dans des connexions réseau longue distance

(Liaison inter-continent). La fibre est dite « monomode » car, en raison de la très petite taille du

cœur (9 μm), il n’y a qu’un seul mode de propagation de la lumière

Une onde lumineuse, est une onde électromagnétique composée des champs électrique et

magnétique E et B, elle se propage aux vitesses

C2 = 1

𝜇0 ℇ0 = 3.108 m/s dans le vide (1.01)

Et v = 𝐶

𝑛 => λ =

𝐶

𝑛𝑓 (1.02)

A l’heure actuelle les fibres monomodes présentent la bande passante la plus large et le niveau de

pertes le plus bas. C’est pourquoi elles sont universellement utilisées pour la transmission de

signaux à haut débit et sur de longues distances. [3]

Figure 1.06 : Figure 1.6: fibre optique monomode

1.7 Les différents types de câble

Le câble à fibre optique permet de raccorder deux éléments d’un point du réseau à un autre. En

fonction des distances, de la topologie, le câble peut passer par des fourreaux, des chemins de

câble pour arriver jusqu’aux baies ou aux coffrets muraux tout en préservant les fibres des

11

influences externes, même en cas d’utilisation dans des conditions mécaniques et thermiques

sévères. Le câble permet le regroupement de 2 à plus de 800 fibres.

Figure 1.07 : Câble break out

C’est un câble qui regroupe plusieurs jarretières protégés par une gaine extérieure

Figure 1.08 : Câble à tube

C’est un câble dont les fibres sont assemblées dans des tubes par lot de 6 à 12.

Figure 1.09 : Câble optique tube centrale

Ce câble est souvent utilisé pour des liaisons inter-bâtiment de faible capacité.

Figure 1.10 : Câble microgaine

12

Dans ce câble les fibres sont assemblées dans des micro-gaines par lot de 6 à 12. Il est plus souple

et moins volumineux que le câble à tube.

1.8 Isolation des fibres optiques

Avant d’être assemblées dans les câbles, les fibres sont entourées d’un revêtement. Pour ce second

revêtement, trois structures sont possibles :

1.8.1 La structure serrée

- Fibre optique : à 250 μm.

- Revêtement primaire (buffer) : en acrylate réticulé par procédé U.V.

Ce matériau protège la fibre optique contre les déformations et les contraintes. Il participe

également à l’obtention de faibles forces de dénudage sur les fibres à structure serrée.

- Revêtement extérieur à 900 μm : en TPE. Ce matériau possède des propriétés anti humidité

et une excellente résistance mécanique aux contraintes.

Le revêtement extérieur déposé selon un procédé ACOME permet un dénudage des fibres en

douceur. Les fibres ne subissent aucune contrainte de courbure lors de l’opération de dénudage.

Figure 1.11 : Fibre à structure serrée

1.8.2 La structure libre


- Tube : en polyester PBT. Ce matériau possède des propriétés anti-abrasives et anti-

humidité.

13

Ce type de structure permet à une ou à plusieurs fibres de «flotter» à l’intérieur d’un tube de

protection. Les fibres optiques ne subissent ainsi aucune contrainte externe. Les câbles réalisés à

partir de cette structure peuvent résister à des environnements sévères ou à des contraintes

importantes (traction par exemple). Le tube peut être empli de gel hydrofuge pour une protection

renforcée à l’humidité.

En standard la gamme ACOME est constituée de 2 dimensions de tube :

Tube 1x1.6: 1 fibre par tube, contenance du câble:1 à 12 fibres.

Tube 1.5x2.5: 6 fibres par tube, contenance du câble: 6 à 36 fibres.

Figure 1.12 : Fibre à structure libre

1.8.3 La structure ruban


- Encapsulation : résine polymérisée par rayonnement U.V.

Les fibres sont assemblées par 4,6 ou 8 afin d’obtenir un ruban.

Les rubans sont ensuite disposés dans un câble.

Cette structure présente de très nombreux avantages :

- Compacité et légèreté.

- Facilité de dénudage des fibres

- Epissurage de masse (jusqu’à 8 fibres simultanément)

- Simplification du lovage des fibres (plus rapide et avec moins de contraintes)

14

Figure 1.13 : Fibre à structure ruban

1.9 Exemples de caractéristiques de quelques fibres optiques normalisées

Norme UIT G.652

monomode

G.653

monomode

G.655

(NZDSF)

G.655

(téralight)

Diamètre cœur (μm) 9 9 9 9

Diamètre fibre (μm) 125 125 125 125

Atténuation (dB/km) 0.25 0.25 0.25 0.22

Dispersion chromatique (ps/nm/km) 17 0 0.07 8

Coefficient de non-linéarité (W/m2) 2.7e-20 2.7e-20 2.7e-20 2.7e-20

Section effective (μm2) 80 57 57 65

PMD ps.km-1/2 0.05 à 0.08 0.1 max 0.1 max 0.04

Tableau 1.02: Exemples de caractéristiques de quelques fibres optiques normalisées

15

1.10 Propagation d’une onde lumineuse dans une fibre optique

1.10.1 La fibre optique : milieu de propagation

Une fibre optique est généralement composée de deux cylindres concentriques, le cœur et la gaine,

d’indices de réfraction légèrement différents. Celui de la gaine étant plus faible, la lumière est

guidée dans le cœur par réflexion totale. A partir des caractéristiques opto géométriques de ce

guide, on montre qu’une onde lumineuse peut se propager le long de la fibre avec différentes

répartitions transverses de son énergie. Ces différentes formes d’onde dans la section transverse du

cœur sont appelées modes. En choisissant convenablement les paramètres de la fibre (rayon de

cœur, indices du cœur et de la gaine), il est possible de rendre la fibre monomode sur une certaine

plage de longueur d’onde. Ceci signifie que les ondes se propagent uniquement dans le mode

fondamental lorsque leur longueur d’onde est supérieure à une longueur d’onde donnée, appelée

longueur d’onde de coupure. Par la suite, nous ne considérerons que des fibres monomodes.

Les fibres optiques sont réalisées à base de silice (SiO2), d’autres éléments peuvent y être ajoutés

afin de modifier leurs propriétés optiques. Ce milieu matériel présente une réponse lorsqu’il est

traversé par une onde lumineuse. Sa polarisation est modifiée par l’excitation d’une onde

électromagnétique. On peut décomposer cette polarisation en deux composantes principales. La

première dépend linéairement du champ électrique de l’onde, on parle alors d’effets linéaires. La

seconde dépend du champ électrique au cube et décrit les effets non linéaires. L’amplification

paramétrique exploite la réponse non linéaire d’une fibre optique soumise à une onde de forte

intensité.

Figure 1.14 : Propagation de la lumière dans la fibre

16

1.10.2 La réflexion totale interne

Le principe de la réflexion totale interne est à la base de la propagation des ondes lumineuses dans

la fibre optique. D'après ce principe, lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu à un autre dont

l'indice de réfraction est plus faible, il peut être réfléchi. De plus, lorsque l'angle d'incidence du

rayon lumineux est plus grand que l'angle critique, la lumière est réfléchie en totalité et il n'existe

aucune perte de lumière. La réflexion totale interne est régie par deux facteurs : les indices de

réfraction des deux milieux, et l'angle critique. Ces facteurs sont reliés par l'équation suivante :

sin Ѳ𝑐 = 𝑛2

𝑛1 (1.03)

En connaissant les indices de réfraction des deux matériaux de l'interface, l'angle critique peut

facilement être calculé. Physiquement, l'indice de réfraction d'une substance est le rapport entre la

vitesse de la lumière dans le vide (c) et sa vitesse dans le matériau (v) :

n = 𝑐

𝑣 (1.04)

La lumière voyage donc plus rapidement dans un matériau dont l’indice de réfraction est plus

petit.

Figure 1.15 : Réfraction d'un rayon lumineux pour θ1 < θ2

Le rayon incident est aussi partiellement réfléchi dans le premier milieu

17

Figure 1.16 : Rayon critique lorsque θ1 = θ2

Figure 1.17 : Réflexion totale interne pour θ1 > θ2

1.10.3 Bande passante

La bande passante mesure la capacité de transmission d’informations du guide optique. Elle est

mesurée en Mégahertz du kilomètre (MHz.km) à une longueur d’onde donnée.

Figure 1.18 : Bande passante de différentes fibres

18

Lors de sa propagation, la puissance d’une onde lumineuse décroît de façon exponentielle. Les

pertes subies sont généralement caractérisées par l’atténuation linéique, exprimée en dB/km.

Actuellement, les fibres de ligne sont d’une excellente qualité, leur atténuation linéique est 0,2

dB/km à la longueur d’onde de transmission usuelle 1550 nm.

1.10.4 Les effets linéaires

1.10.4.1 Les pertes

Lorsqu’un signal lumineux se propage dans une fibre optique, son intensité subit une atténuation.

Cette atténuation est causée par différents phénomènes : principalement, la diffusion Rayleigh sur

les impuretés, l’absorption par les ions OH- et l’absorption par la silice. Elle dépend donc de la

longueur d’onde du signal lumineux

Figure 1.19 : Atténuation d'une fibre optique en fonction de la longueur d'onde

Lors de sa propagation, la puissance d’une onde lumineuse décroît de façon exponentielle. Les

pertes subies sont généralement caractérisées par l’atténuation linéique, exprimée en dB/km.

Actuellement, les fibres de ligne sont d’une excellente qualité, leur atténuation linéique est 0,2

dB/km à la longueur d’onde de transmission usuelle 1550 nm.

19

1.10.4.2 Atténuation

a. Fonction de transfert de la fibre optique monomode

La réponse de la fibre optique est linéaire quand le champ électromagnétique propagé n’est pas

trop intense.

Un tronçon de fibre est donc caractérisé par sa fonction de transfert :

H (ω) = A (ω) 𝑒𝑗Ѳ(𝜔) (1.05)

Α(ω) est l’atténuation du tronçon de fibre à la pulsation considérée. Φ(ω) est le déphasage apporté

par la propagation dans le tronçon de fibre.

Figure 1.20 : Fonction de transfert

b. Atténuation linéique d’une fibre

Figure 1.21 : Atténuation linéique d’une fibre

Adb = 10 . log (𝑃𝑒

𝑃𝑟) = Lkm . αdb/km

(1.06)

20

1.10.4.3 La dispersion chromatique

Due à la largeur spectrale non nulle de la source (c’est à dire composée de plusieurs longueurs

d’ondes), chaque longueur d’onde se propageant à une vitesse spécifique

Figure 1.22 : Dispersion chromatique

La Dispersion Chromatique(D) par unité de longueur est exprimée en ps/nm*km (dérivée du

retard de groupe en fonction de la λ):

– Délai différentiel(en ps)

– Largeur de la source (en nm)

– Distance (en km)

- D > 0: indique que les λ plus courtes se propagent plus vite

- D = 0: indique qu’une légère variation

- de λ n’affecte pas le temps de propagation

- Les spécifications courantes donnent:

- Le point de dispersion 0 ( λo)

- La pente de dispersion

1.10.4.4 Dispersion modale de polarisation PMD

a. Le phénomène

La PMD (Polarisation Mode Dispersion) désigne la dépendance du temps de propagation de

groupe vis à vis de l’état de polarisation du signal propagé.

21

b. Les causes

La fibre optique monomode parfaite est en réalité une fibre à deux modes indiscernables dits

dégénérés… mais la dégénérescence est levée lorsque la fibre présente des imperfections

géométriques et/ou lorsqu'elle est soumise à des contraintes de son environnement (torsions de

câblage, courbures...). La fibre présente alors "localement" des biréfringences faibles et ce de

manière non-homogène et non-stationnaire.

Une birefringue peut être induit dans la fibre par :

- des contraintes mécaniques et/ou thermiques durant la fabrication qui résultent dans des

asymétries de la géométrie du cœur.

- des contraintes mécaniques dues au procédé de câblage et/ou aux vibrations. [11]

Figure 1.23 : Deux vitesses de groupe pour deux directions de polarisation orthogonales

c. Caractéristique en PMD d’une fibre

La valeur moyenne ou la moyenne quadratique du DGD augmente proportionnellement à la racine

carrée de la distance.

De fait, la PMD s’exprime en ps/√km (ps.km-½). La PMD linéique est désormais spécifiée pour

les fibres monomodes.

Pour une fibre homogène de longueur L :

22

PMD total = √𝐿 . PMD linéique (ps / √𝑘𝑚) (1.07)

1.10.5 Les effets non linéaires

1.10.5.1 L’effet Kerr

Comme tout diélectrique, la silice présente une polarisation qui n'est plus une fonction linéaire du

champ quand celui-ci devient trop intense. L'indice de la silice est donc fonction de l’intensité du

champ:

n = n (ω) + n2 . I ou I = 𝑃(𝑧,𝑡)

𝐴𝑒𝑓𝑓 (1.08)

avec n2 = 3,2 . 10-29 m2 / W (1.09)

Même si la silice est un milieu faiblement non-linéaire, l’intensité du champ et la distance de

propagation font que l’effet Kerr n’est pas négligeable à forte puissance.

Figure 1.24 : Auto modulation de phase par effet Kerr

On a :

Ф (ω) = L . β (ω) (1.10)

Avec β = 2 𝜋.𝑛

𝜆 et n = n(ω) + n2 . I (1.11)

23

La vitesse de modulation de la phase du signal optique est proportionnelle à la variation

temporelle de sa puissance.

1.10.5.2 La diffusion stimulée Raman et Brillouin

a. Les équations de la diffusion Raman

- La diffusion Raman est observée dans les solides cristallins mais aussi dans les solides

amorphes comme la silice.

- C’est un processus quantique qui peut être décrit par les équations suivantes:

Figure 1.25 : Equation de la diffusion de Raman

(1.12)

b. Bande de gain Raman

Le gain Raman peut être obtenu dans tous les types de fibre silice. La combinaison de plusieurs

pompes à différentes longueurs d’onde permet d’étendre la bande de gain.

Le gain Raman maximum dans la silice amorphe est obtenu pour un décalage en fréquence de 13

THz.

Le gain Raman dépend des états de polarisation relatifs de la pompe et du signal.

Le gain Raman peut s’obtenir en régime co et contra-propagatif. [11]

24

Figure 1.26 : Bande de gain Raman

1.10.5.3 La dispersion modale de polarisation

Les fibres optiques sont conçues de façon à ce que les ondes ne se propagent que dans un seul

mode. Leur énergie est équi-répartie sur les deux directions transverses par rapport au sens de

propagation. En pratique, du fait des défauts de fabrication et de contraintes mécaniques ou

thermiques, la fibre perd sa symétrie de révolution et les directions transverses ne sont plus

équivalentes. On peut considérer qu’elles acquièrent des indices de réfraction différents auxquels

sont associées des vitesses de propagation différentes. Ce phénomène peut être décrit comme une

biréfringence. Deux modes distincts peuvent donc se propager avec des états de polarisation

respectivement parallèles à chacun des axes propres. On parle de dispersion de modes de

polarisation

1.11 Quelques applications de la fibre optique

En télécommunications, la fibre optique est utilisée pour la transmission d'information, que ce soit

des conversations téléphoniques, des images ou des données. Avant l'apparition de la fibre

optique, tous les réseaux de communication étaient câblés avec des liaisons cuivre ou des câbles

coaxiaux. Aujourd'hui, de plus en plus d'entreprises se tournent vers la fibre optique, qui présente

de nombreux avantages par rapport au cuivre. Aujourd’hui, elle le remplace dans des milliers de

réseaux à travers le monde.

25

De nos jours, les stations de travail sont connectées entre elles à l’aide de réseaux utilisant la fibre

optique car son utilisation permet d’avoir des débits d’information plus rapides et une plus grande

sûreté lors des transmissions.

En téléphonie, les câbles coaxiaux sont remplacés peu à peu par des fibres optiques. En effet, elle

est plus économique sur longues et courtes distances et le nombre de composants nécessaires est

moins important.

Son utilisation est particulièrement intéressante pour les applications militaires car elle leur

apporte certains avantages : faible poids, taille de la fibre et insensibilité au brouillage et à la

détection.

La fibre optique sert également pour examiner des petits objets d’habitude inaccessibles.

Au niveau médical pour les endoscopies, pour la recherche sur le cerveau et le cœur en utilisant

des filaments de fibres sans revêtement, l’image est alors visualisée sur un écran de télévision.[13]

La fibre optique intervient également dans la décoration/illumination de la piscine, bassins,

fontaines, la signalétique d’orientation et d’information (panneau de signalisation et enseigne), la

signalisation routière (rond-point, séparation de voies de circulation

1.12 Avantages de la fibre optique

- Les frais de l’entretien d’un réseau optique est moins coûteux que d’autres types de

câblage

- Il n’est pas nécessaire de modifier toute l’infrastructure déjà installé si le désir

d’augmenter le débit de transmission est à opter. Seuls les équipements aux extrémités de

la fibre pourront limiter le débit de transmission et devront donc être vérifiés

- Les frais d’exploitations sont moins couteux. En effet, pour gérer un réseau d’ordinateur

desservi en fibre optique, seul le réseau avec des câblages de type cuivre nécessitent un

serveur ordinateur. Cela limite les dépenses dans l »achat des matériels informatique et les

licences de logiciels de gestion. Aussi à savoir que l’utilisation des enseignes lumineuses

n’exige pont de licence

26

- Un amortissement intéressant. En effet, le cycle de vie d’un réseau optique est dans les 20

ans, hors le seuil de rentabilité possède une variation de 3 à 5 ans. La fibre optique est donc

une valeur sure et durable économiquement pour les entreprises.

- Faible atténuation: la fibre optique a une atténuation moins importante que les conducteurs

électriques, ce qui permet de transmettre des informations sur de plus longues distances en

nécessitant moins de répéteurs.

- Grande bande passante: la fibre optique permet d’atteindre des capacités de transport bien

plus élevées que le cuivre. Les bandes passantes typiques sont de 200 à 600 MHz.km pour

des fibres multimodes, et > 10 GHz.km pour des fibres monomodes, comparées à 10 à 25

MHz.km pour des câbles électriques usuels.

- Insensibilité aux perturbations électromagnétiques: les fibres optiques sont immunes aux

parasites électromagnétiques, et elles-mêmes n’émettent aucune radiation.

- Liaison non détectable: les câbles à fibre optique étant dans la plupart des cas totalement

diélectriques, ils sont transparents vis à vis de tous types de détecteurs.

- Isolation électrique: les fibres optiques permettent d’effectuer des transmissions entre

points de potentiels électriques différents, et au voisinage d’installations à haute tension.

- Taille et poids réduits: pour faire passer une quantité d’informations équivalente, le

volume et la masse de câble à fibre optique à utiliser est bien moindre qu’en câble

électrique.

1.13 Conclusion

La fibre optique le meilleur moyen actuel pour transporter de très hauts débits d'informations

numériques, et les besoins dans ce domaine vont probablement augmenter très fortement d’ici

quelques années. Il est vraisemblable que la demande concernant un simple accès Internet, d'ici

quelques temps, sera identique à ce que l'on attend aujourd'hui d'un réseau local (10 Mbits/s au

moins). Dans ces conditions, l’image de l'information aura complètement changé. La téléphonie,

la radio, la télévision et les transferts de données "informatiques" seront assurés par la même

connexion, les interpénétrations de ces divers moyens d'informations seront beaucoup plus grands,

c'est du moins un scénario tout à fait réaliste.

27

CHAPITRE 2

LE RESEAU DE TRANSPORT OPTIQUE

2.1 Introduction

Les réseaux optiques ont été jugés comme moyen efficace pour réaliser les transmissions pour des

liaisons longues distances mais aussi pour les réseaux MAN (Metropolitan Area Networks). En

effet, la fibre optique est le meilleur support parmi toutes les solutions existantes pour réaliser des

réseaux hauts débits et supporter les montées en capacités exigées par les clients de ces réseaux.

2.2 Caractéristiques d’une liaison fibre optique

Un système d’interconnexion à fibre optique peut généralement être schématisé ainsi

Figure 2.01 : Liaison optique

2.2.1 Un système d’émission

Un système d’émission contient une source lumineuse. Pour bien dimensionner son système, il est

important de connaître:

- Le type de source (DEL ou laser).

- la longueur d’onde d’utilisation (par exemple 1300 nm).

- la puissance de la source.

- le type de connecteur d’interface en sortie de source.

- un ou plusieurs cordons optiques

Ces cordons sont définis par:

- un câble optique caractérisé par sa longueur, le nombre de voies, le type de fibre

(monomode, multimode 50/125 ou 62,5/125).

- des connecteurs montés à l’extrémité de ce câble.

28

2.2.2 Un système de réception

Un système d’émission comporte un récepteur qui possède une surface photosensible, et qui

convertit la lumière en signal électrique.

Il est important de connaître :

- sa sensibilité, c’est à dire la quantité de lumière minimale qu’il est capable de détecter.

- le type de connecteurs d’interface en entrée de récepteur

2.3 Raccordement optique

Lors d’un déploiement d’un réseau optique, la distance limite la longueur de la fibre optique. Il est

nécessaire alors de raccorder une autre fibre pour arriver jusqu’à destination

Il existe deux manières de raccorder entre elles deux fibres optiques par la méthode de l’épissure.

En effet, cette opération consiste à raccorder directement les deux fibres par soudure au moyen

d’un arc électrique, en alignant le mieux possible les deux cœurs de fibre. Elle se, fait grâce à un

appareil appelé soudeuse ou épissureuse. [12]

Figure 2.02 : Appareil de soudeuse ou épissureuse

29

2.3.1 Épissures par fusion

La procédure d’épissure sera montrée par les figures ci-dessous

Figure 2.03 : Clivage des deux fibres avant de les placer sur le support

Figure 2.04 : Mise en contact des deux fibres

Figure 2.05 : La fusion est réalisée avec l’aide d’un arc électrique

30

2.3.2 Epissure mécanique

Le procédé d’épissure est montré par la figure suivante :

Figure 2.06 : Épissure mécanique

2.4 Les connecteurs optiques

Une connexion optique est composée de deux fiches et d’un raccord.

Figure 2.07 : Connecteurs optique

La fiche termine la fibre, la protège, la positionne et la rend manipulable.

Le raccord réalise le guidage et le verrouillage des deux fiches pour assurer d’une part la

continuité du signal optique d’une fibre à l’autre, et d’autre part l’attachement mécanique de

l’ensemble. [12]

31

2.4.1 Connecteur ST (Fiche-Raccord-Fiche)

Figure 2.08 : Connecteurs ST

DENOMINATION BFOC 2.5

Norme CEI 60874-10

verrouillage baïonnette

Type de fibre Monomode/multimode

concept simplex

Embout optique Férule céramique, métallique ou plastique

non ajustable

raccord A sleeve métallique ou séramique

contact PC

caractéristiques Standard, mise en œuvre simple

Existe sous deux formes ST1 et ST2

Tableau 2.01: Caractéristiques Connecteurs ST

32

2.4.2 Connecteur FC (Fiche-Raccord-Fiche)

Figure 2.09 : Connecteurs FC

DENOMINATION Développé par NTT en 1984

Norme FC

verrouillage CEI 60874-7

Type de fibre A vis

concept Monomode/multimode

Embout optique simplex

raccord Férule céramique ajustable

contact PC/APC

caractéristiques Nombre élevé de constructeurs

Tableau 2.02: Caractéristiques Connecteur FC

33

2.4.3 Connecteur SC/PC – NPC

Figure 2.10 : No Polish Connector Assembly Tool

2.4.4 Connecteur VF-45 (Fiche-Prise)

Figure 2.11 : Connecteur VF-45

34

DENOMINATION SG, VF 45

Système volition

Norme CEI 61754-19

verrouillage A languette


concept bivoie

Embout optique Sans férule

Perte par insertion Typ -0.2 dB, max -0.75 dB

contact Fibre maintenues mécaniquement

caractéristiques Bas cout

Return loss -45 dB pour le monomode

Tableau 2.03: Caractéristiques Connecteur VF-45

35

2.4.5 Connecteur LC (Fiche-Raccord-Fiche)

Concepteur Développer par AVAYA

dénomination LC

Norme CEI 61754-20



concept duplex

Embout optique Férule céramique 1.25 μm

ajustable


contact PC/APC

caractéristiques Fibres espacées de 6.25 mm


Tableau 2.04: Caractéristiques Connecteur LC

Figure 2.12 : Connecteur LC

36

2.4.6 Connecteur MU (Fiche-Raccord-Fiche)

Figure 2.13 : Connecteur MU

concepteur Introduit par NTT

dénomination MU, mini SC

verrouillage Push-pull


concept Simplex, duplex

Embout optique Férule céramique

contact PC

caractéristiques compacité

Tableau 2.05: Caractéristiques Connecteur MU

2.4.7 Connecteur MTRJ (Fiche-Prise)

Figure 2.14 : Connecteur MTRJ

37

concepteur Développer par tyco siecor

dénomination MT-RJ et système de câblage solarum

Norme CEI 61754-18



concept bivoie

Embout optique Férule plastique


contact PC

caractéristiques Offres et compacité

Fibres espacées de 750 μm


Tableau 2.06: Caractéristiques Connecteur MTRJ

2.4.8 Connecteur EC (Fiche-Raccord-Fiche)

Figure 2.15 : Connecteur EC

38

concepteur Développer par radiall en 1990

dénomination European connector

Norme CEI 60874-13



concept Simplex, duplex

Embout optique Férule mécanique non ajustable

Perte par insertion Typ -0.4 dB, max 0.6 dB

contact optoball

caractéristiques Homologué France Télécom


Tableau 2.07: Caractéristiques Connecteur EC

39

2.4.9 Connecteur OPTOCLIP(Fiche-Raccord-Fiche)

concepteur Compagnie Deutsch en 1995

dénomination OPTOCLIP 1 et 2

Norme CEI 60874-1



concept simplex

Embout optique Sans férule

Perte par insertion Typ -0.15 dB, lax -0.5 dB

contact Clivage droit ou anglé

caractéristiques Mise en œuvre très rapide

Performance d’une épissure


Tableau 2.08: Caractéristiques Connecteur OPTOCLIP

40

Figure 2.16 : Connecteur optoclip

2.5 Amplificateurs optiques

Une transmission sur très longue distance engendre une dégradation du signal à transmettre ; les

informations sont soumises à des effets qui perturbent le signal. Il est donc indispensable de

positionner des répéteurs tout au long de la ligne ; ces répéteurs ont la capacité de régénérer le

signal à transmettre. La plupart des lignes déjà installées possèdent des répéteurs purement

électroniques. Le signal est donc converti (optique-électrique O/E) remis en forme, resynchronisé.

Et reconvertir électrique-optique (E/O). Ce type de répéteurs emploie des circuits électroniques

ultra rapides. Les systèmes actuels utilisent dorénavant, des répéteurs purement optiques, facile à

mettre en œuvre et permettant d’effectuer cette tâche à la « vitesse optique ». La remise en forme

et la régénérescence du signal, sera faite par un amplificateur optique à l’aide d’une fibre dopée à

l’erbium

2.5.1 Amplificateur optique à semi-conducteurs (AOSC)

Les premiers travaux sur les AOSC ont démarré au début des années 80, à partir du moment où les

lasers à semi-conducteur fonctionnaient en continu avec une fiabilité acceptable. Leur structure de

base est peu différente de celle d'une diode laser. Contrairement aux lasers à semi-conducteur, il

n'y a pas de miroirs aux extrémités mais un revêtement antireflet est déposé sur les faces afin de

diminuer les réflexions de la lumière vers l'intérieur du circuit. [13]

41

Figure 2.17 : Amplificateur optique à semi-conducteur

La lumière incidente entre dans le circuit, elle est amplifiée et sort par l'autre extrémité pour être

couplée dans la fibre. Voici quelques caractéristiques :

- un gain élevé jusqu'à 30 dB,

- une puissance de saturation en sortie de 5 à 10 mW,

- une bande passante de 5 THz à λ = 1550 nm.

2.5.2 Amplificateur optique à fibre dopée (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier)

Les amplificateurs à fibre fonctionnent dans la fenêtre de transmission à la longueur d’onde de

1550 nm. Un de leurs avantages est la simplicité du dispositif. Ils se composent pour l’essentiel :

d’une fibre active de quelques mètres de longueur, dopée avec des ions appropriés (erbium), et

connectée à la fibre de ligne, d’une pompe et d’un dispositif de couplage de la lumière de la

pompe vers la fibre dopée. Dans la plupart des cas la pompe est un laser à semi-conducteur. Le

couplage de la lumière de la pompe dans la fibre est obtenu à l’aide de multiplexeur.

Figure 2.18 : Amplificateur optique à fibre dopée

En général, les EDFA possèdent un gain de 25 à 45 dB et des puissances de saturation allant de 1

à 10 mW (0 à 10 dBm). Mais aussi les EDFA ont une large bande passante (1530-1560 nm) pour

laquelle le gain est quasiment identique, ce qui rend intéressant ces amplificateurs quand on veut

amplifier simultanément plusieurs signaux multiplexés en longueur d'onde.

42

2.5.3 Amplificateur Raman

Les amplificateurs Raman sont de nouveaux amplificateurs optiques indispensables dans les

systèmes de télécommunications. Le principe de l’amplification se base sur la théorie de la

diffusion Raman, qui est un effet non linéaire à deux photons dans lequel un photon de pompe est

absorbé et un photon de plus faible énergie et émis en même temps qu'un phonon. Ce phénomène

peut être spontané s'il n'y a pas de photon signal, ou stimulé par la présence d'un photon signal.

Ainsi, dans le cas de l'amplificateur Raman, l'onde incidente, dite onde de pompe, stimulée par

l'onde signal, va créer une autre onde signal et un phonon. [13]

2.6 La commutation optique

La commutation optique est une application permettant la protection, sécurisation des liaisons de

transmission à haut débit. Il s’agit, en cas de défaillance ou de défaut d’une liaison de

transmission, de détecter le défaut ou la dégradation puis de basculer le trafic transporté par cette

liaison sur une liaison de secours.

La commutation représente un problème assez complexe par sa traitement d’un très grand

nombre d’entrées-sorties (quelques milliers ou plus) et, dans le cas d’une commutation temporelle,

avoir accès aux éléments binaires correspondant à chaque communication. Ceci implique des

temps de commutation élémentaires inférieurs à la microseconde ou même à la nanoseconde. Il

existe deux types de nature des signaux à commuter :

2.6.1 Mode paquets

Les signaux se présentent sous la forme de paquets d’éléments binaires de longueur fixe ou

variable qui doivent être aiguillés au rythme de leur arrivée. Un traitement logique de l’entête, qui

transporte l’adresse du paquet, est alors nécessaire pour connaître l’acheminement du message.

Une distinction importante tient à la nature des signaux à commuter, paquets ou circuits ou

message. Le chemin physiquement établi à l’intérieur du commutateur est alors maintenu pendant

le temps correspondant à la charge utile transportée par le paquet

2.6.2 Mode circuit

Le signal est commuté entre une entrée et une sortie fixées pendant le temps d’une communication

: le chemin entre l’entrée et la sortie peut être soit physiquement maintenu pendant toute la durée

43

de la communication, soit périodiquement rétabli, à la fréquence trame, pendant la durée d’un

élément binaire. Dans ce dernier cas on parle de commutation numérique ou commutation

temporelle.

2.7 Les réseaux d’accès FTTx

L’évolution de réseau d’accès vers l’optique est considérable de nos jours. L’infrastructure en

cuivre existante est néanmoins indispensable car les qualités de service obtenues avec le DSL,

sont satisfaisantes à l’heure actuelle. L’évolution et la diversification au niveau des terminaux

domestiques connaissent une forte expansion ne cessant de s’augmenter ; l’emploi de la fibre

optique est alors nécessaire pour cela.

2.7.1 Systèmes FTTC, Fiber To The Curb,

La fibre optique relie la boucle au sous-répartiteur. Le réseau RTC (xDSL - paire de cuivre) prend

alors le relais jusqu'au domicile de l'abonné

Figure 2.19 : Système FTTC

2.7.2 Systèmes FTTB: Fiber to The Building

La connexion en fibre optique va du répartiteur jusqu'au bas des immeubles. Un équipement

supplémentaire distribue les flux jusqu’aux abonnés.

Figure 2.20 : Système FTTB

44

2.7.3 Systèmes FTTH : Fiber to The Home

L'abonné est directement raccordé par fibre optique jusqu'au répartiteur dont il dépend [14]

Figure 2.21 : Système FTTH

2.8 La technologie SDH

Avec les autoroutes de l'information - ces larges voies de transmission qui permettent de

transporter simultanément les sons, les données, les images - les échanges informatiques

s'enrichissent d'images, l'audiovisuel devient interactif, le multimédia se développe. Les télécoms,

devenus un outil stratégique pour les entreprises intéressent désormais toute organisation de

services. Il s'agit donc de monter en puissance d'actuelles infrastructures en fibre optique. Conçue

pour les hauts débits, hautement normalisée au plan international, la technique SDH offre

aujourd'hui des solutions de transport totalement maîtrisées, sécurisées et compétitivité.

2.8.1 Principe de la technologie SDH

Les concepts de la SDH répondent à un certain nombre d'objectifs qui sont la flexibilité, la

visibilité, la facilité d'exploitation, la prise en compte des évolutions futures vers les hauts débits et

l'interconnexion des systèmes :

- La flexibilité d'un système de multiplexage se mesure d'une part à la facilité de

réorganisation du train résultant et d'autre part à la possibilité de transporter dans ce train des

débits variés.

- Le principe de multiplexage retenu pour la SDH est le multiplexage synchrone. Ce type

de multiplexage procure une visibilité directe des signaux transportés à l'intérieur d'une trame à

45

155Mbit/s. On peut alors extraire ou insérer des affluents, réorganiser le multiplex sans effectuer

l'ensemble des opérations de multiplexage/démultiplexage.

De plus il est possible de transmettre dans une trame synchrone des débits non normalisés G703

par exemple : TVHD ou ATM.

Figure 2.22 : Position de la SDH dans le modèle OSI

2.8.2 Définition des éléments de la hiérarchie synchrone

Le conteneur Cn est une entité dont la capacité est dimensionnée pour assurer le transport d'un des

débits définis par le CCITT. Le conteneur joue le rôle de régénération du signal plésiochrone de

départ, il récupère l'horloge et transforme le code de transfert selon les débits entrants. Le " n " de

Cn dépend du débit entrant, par exemple C4 correspond à

139264kbit/s, le C3 pour 44736 ou 34368 Kbit/s (selon continent), le C12 pour 2048kbit/s, le

C11 pour 1544 Kbit/s.

Le conteneur virtuel VCn est obtenu à partir du conteneur en lui ajoutant un Sur débit de Conduit

POH (Path OverHead) utilisé pour la gestion du conteneur. C'est le conteneur

virtuel VC qui est l'entité gérée par le réseau SDH.

46

Figure 2.23 : Éléments de la hiérarchie synchrone

2.8.3 Infrastructure d’un réseau SDH

Figure 2.24 : Infrastructure réseau SDH

2.8.3.1 Multiplexeur Insertion - Extraction MIE

Les multiplexeurs insertion - extraction (add-drop) sont utilisés pour réaliser les fonctions de

transmission suivantes :

- transfert du signal numérique synchrone de ligne entre ses accès " Ouest " et " Est ".

- dérivation : insertion/extraction de signaux numériques plésiochrones et/ou synchrones

dans le signal numérique synchrone présent à ses accès " Ouest " et/ou "

Est ".

- des fonctions de brassage de VC12 ont été introduites dans le MIE.

47

Figure 2.25 : Multiplexeur Insertion - Extraction

Le MIE contient la fonction de régénération permettant la remise en forme uniquement par

régénération du signal électrique et une surveillance de la section de la régénération. Pour de

longue distance, on installe un MIE sans cartes affluentes pour régénérer le signal.

L'un des inconvénients majeurs du MIE est le nombre insuffisant d'accès à 2Mbit/s au niveau du

châssis MIE alors que ce débit est le plus demandé, c'est pour cela que l'on utilise des MTS.

2.8.3.2 Multiplexeur Terminal Simplifié

Le multiplexeur terminal simplifié (MTS) permet le multiplexage de signaux affluents

plésiochrones ou synchrones dans un signal de ligne STM-1 résultant. Dès lors on ne parle plus de

configuration en anneau mais de configuration en point à point. Il existe deux configurations en

point à point possible :

- La première reliant deux MTS : utilisée pour une LS par exemple en optique ou pour une

boucle optique STM-1 avec deux sites différents

- la seconde reliant un MTS à un MIE qui est lui en anneau : la plus employée au sein du

réseau des Opérateurs tel que France Telecom de l'avantage du MTS qui est son nombre

important d'entrée/sortie d'affluent 2Mbit/s venant le plus souvent de la commutation pour

relier les autocommutateurs publics entre eux et desservir des baies d'abonnées distantes de

l'autocommutateur où l'anneau optique ne passe pas. Ceci correspond à une architecture

comme celle-ci :

48

Figure 2.26 : Multiplexeur Terminal Simplifié

2.8.3.3 Brasseur

Le brasseur peut apporter une grande souplesse dans la réallocation dynamique des ressources, ce

qui optimise la capacité offerte par les artères de transmission.

Les brasseurs sont destinés à assurer la connectivité et la flexibilité de la bande passante entre

différentes portions de réseau, les transferts de VC entre boucles ou sous réseaux. Ces brasseurs

sont des équipements de forte capacité et ils sont donc situés aux nœuds importants du réseau.

La fonction brassage est assurée par des brasseurs (BRN) qui permettent le brassage des

conteneurs (VC12 à 2Mbit/s et VC3 à 34Mbit/s) entre les accès STM. Les répartiteurs

électroniques (RPN), gardant l'intégralité des affluents, permettront de répartir les conteneurs

(VC4=155Mbit/s) dans les STM. Le cœur du brasseur repose sur la matrice de commutation qui

connecte les conduits entrants dans le système avec ceux qui en sortent. Les conduits pouvant être

synchrone ou plésiochrone.

Le brasseur est composé de plusieurs modules : module d'entrée et de sortie, module de matrice,

module d'horloge et module de commande.

49

Figure 2.27 : les quatre sous-systèmes fonctionnels d’un brasseur

2.8.4 Topologie

Les architectures peuvent être réalisées en bus, en anneau, en étoile et peuvent être combinées

entre elles permettant aux opérateurs de résoudre un grand nombre de cas pratiques.

Figure 2.28 : Topologie en anneau

Figure 2.29 : Topologie en bus

50

Figure 2.30 : Topologie en étoile

Un réseau en anneau est une chaîne, repliée sur elle-même et refermée, constituée uniquement de

nœuds MIE (ou ADM pour Add-Drop Multiplexer) et ne possédant pas de nœud terminal. Ce type

de réseau joue un rôle clé en SDH/SONET grâce aux mécanismes performants d'auto cicatrisation

(délai de rétablissement < 50 ms) du réseau en cas de défaillance (par exemple: câble coupé,

panne d'électricité ou incendie dans un noeud du réseau). Les applications des réseaux en anneau

sont nombreuses : réseaux d'accès aux réseaux nationaux, en passant par les réseaux locaux et

régionaux.

Les réseaux auto cicatrisants sont divisés en deux catégories :

- Les anneaux unidirectionnels.

- Les anneaux bidirectionnels.

Figure 2.31 : Anneaux unidirectionnels

Les trafics émission réception circulent dans le même sens sur l’anneau, sur la fibre dite active.

La paire de fibre de protection peut être utilisée, soit pour la duplication du trafic, soit pour

transporter un STM vide ou un trafic non prioritaire

51

Figure 2.32 : Anneaux bidirectionnels

Les trafics émission réception circulent en sen opposé sur l’anneau et utilisent donc les deux fibres

de la paire. Par conséquent, la moitié de la bande passante doit être réservée pour la protection

afin de permettre un re-routage du trafic en cas de défaillance.

2.9 La technologie WDM

2.9.1 Introduction

Avant l'apparition du multiplexage en longueur d’onde WDM (Wavelength Division

Multiplexing), l'accroissement de la capacité de transmission d’une liaison passait par la

multiplication des lignes de transmission et l'empilement des répéteurs-régénérateurs. Le WDM a

changé radicalement la donne. Avec lui, une seule fibre optique suffit pour transmettre plusieurs

signaux de "couleurs" différentes (ou canaux) en même temps. L'ensemble des répéteurs-

régénérateurs d'un site géographique a été remplacé par un seul équipement : l'amplificateur

optique. Le WDM évite ainsi tous les coûts de génie civil de repose de fibre optique.

2.9.2 Principes de la technologie

La technologie WDM repose sur le principe du multiplexage optique. Le principe consiste à

transporter plusieurs signaux sur un brin de fibre optique. Chaque signal est coloré, c'est‐à‐dire

placé sur une longueur donnée grâce à un transpondeur. Puis via un multiplexeur optique, toutes

les longueurs d’onde sont envoyées sur le même brin de fibre optique. A l’autre extrémité, un

démultiplexeur va séparer les longueurs d’onde les unes des autres, puis un transpondeur va

reconvertir le signal en canal gris.

52

Figure 2.33 : Principes de la technologie WDM

Chaque intervalle (fréquence) supporte un canal dans les régions de faible atténuation (λ = 0,8 et

1– 1,5 μm)

L’accès au canal est assuré par un émetteur laser

Le multiplexage se fait à l’aide d’un élément optique passif

2.9.3 Les composants d’un réseau WDM

La technologie WDM définit trois types de nœuds optiques qui peuvent être déployés dans un

réseau de transport optique

- Les multiplexeurs terminaux optiques (OTM) qui sont des équipements de base pour la

conception d’un système WDM. Les OTM ont pour rôle de rassembler ou/et de dissocier

les différentes longueurs d’onde. Les OTMs sont utilisés à l’entrée du réseau WDM où ils

assurent l’accès pour les signaux provenant des autres réseaux clients tel que SDH,

Ethernet, IP/MPLS, DSL,

- Les multiplexeurs à insertion/extraction optique (OADM), équipements utilisés pour

insérer (à l’origine) et extraire (à la destination) une ou plusieurs longueurs d’onde sur une

liaison WDM acheminant une pluralité de canaux optiques ayant des longueurs d’onde

différentes. Les OADMs sont principalement conçus pour la construction d’anneaux et

sont utilisés dans les réseaux d’accès et métropolitains,

- Les brasseurs optiques (OXC) : ces équipements assurent la fonction de brassage dans les

réseaux optiques WDM. Lorsque dans un nœud les longueurs d’onde provenant d’une

fibre sont démultiplexées, l’OXC permet de remplacer une ou plusieurs de ces longueurs

d’onde par d’autres, issues d’une autre fibre, avant de les multiplexer vers une fibre

sortante du nœud. Nous parlons alors de brassage de longueurs d’onde puisqu’`à partir de

plusieurs canaux optiques (longueurs d’onde) entrants dans le nœud, nous pouvons

53

´échanger ces canaux pour une nouvelle répartition de sortie. Les OXCs sont utilisés

principalement dans les réseaux cœur WDM.

2.9.4 Les systèmes WDM

Il existe plusieurs systèmes WDM. Ils adoptent tous le même principe mais se différencient

uniquement par le nombre de canaux (longueurs d’onde) utilisables dans une fibre. Le

multiplexage WDM est caractérise par l’intervalle minimum entre deux longueurs d’onde

accessibles. Cet intervalle est exprimé en nanomètres (nm) ou en Gigahertz (GHz). Des

expérimentations ont même et effectuées avec des intervalles de 0,4 et 0,2 nm où 160 canaux

peuvent ˆêtre utilisables dans une fibre.

Dans ce cas, nous parlons de multiplexage UDWDM (Ultra Dense WDM).

Figure 2.34 : Système WDM

Il existe une autre forme de multiplexage WDM, moins performante, connue sous l’appellation

CWDM (Coarse WDM qui signifie WDM grossier) [15]. Dix-huit canaux au maximum sont

utilisables, mais en pratique les ´équipements ´émettent sur quatre, huit ou seize canaux.

2.9.4.1 CWDM

Espacement entre 2 longueurs d’onde : 20 nm.

Nombre de longueurs d’onde maximum : 18.

Portée : 70 km

Pas d’amplification possible

54

2.9.4.2 DWDM

Espacement entre 2 longueurs d’onde : 100 GHz (environ 8 nm) ou 50 GHz.

Nombre de longueurs d’onde maximum : 160

Portée : 600 km et plus

Amplification via la technologie EDFA ou Raman

Figure 2.35 : Technologie WDM, longueurs d’onde

2.10 Conclusion

L’utilisation de la SDH et de la fibre optique a apporté un début de réponse à la demande de bande

passante. La SDH utilise une seule longueur d’onde comprise entre 1330 nm et 1550 nm. La

bande passante de la fibre optique ainsi sélectionnée de la fibre n’est pas exploitée complètement.

Pour amplifier fortement l’utilisation de la bande passante, des technologies photoniques

complètent le réseau de transport SDH.

Le WDM est utilisé depuis plusieurs années dans les réseaux de transmission SDH

transocéaniques. Le WDM présente toutefois un avantage majeur pour les opérateurs car il

permet un gain au niveau coût des travaux de génie civil en évitant la pose de nouvelles fibres

optiques. Avec le WDM, une nouvelle couche optique apparait dans les réseaux des différents

opérateurs leur permettant de bâtir des réseaux maillés tout optique.

55

CHAPITRE 3

LA DISPERSION CHROMATIQUES ET LES DIFFERENTES SOLUTIONS DE

COMPENSATION DE DISPERSION

3.1 Introduction

Quel que soit une dispersion, elle affecte la phase des signaux lumineux après modulation. Elle

entraine une réduction de la capacité de transport de l’information car le signal subit un

élargissement de l’impulsion émise. Trois types de dispersion sont présents dans processus de

transmission d’informations dans une fibre optique, à savoir la dispersion intermodale, limitant le

débit des données dans les systèmes utilisant la fibre multimode, causée par le fait que le signal

lumineux se divise en plusieurs modes qui empruntent des trajets de distance légèrement

différente. La dispersion chromatique qui nous intéresse plus particulièrement dans ce mémoire.

Une dispersion qui est présente dans les fibres monomodes et multimodes. Elle résulte de la

variation du temps de propagation avec la longueur d'onde. Ce type de dispersion est une

interaction de deux types de dispersion: la dispersion matérielle et la dispersion du guide.

3.2 Rappel sur les effets de la dispersion du milieu de transmission

L’effet de dispersion du milieu de transmission sur les signaux transmis qui se retrouvent

déformés entraine l’interférence entre symboles de ces signaux. Cette déformation provoque une

dégradation de la probabilité d’erreur, ou une diminution de la sensibilité du récepteur, pour un

rapport signal à bruit donné. Le responsable majeur de la déformation des impulsions et de

l’interférence entre symbole n’est autre que la dispersion chromatique.

Le paramètre de dispersion chromatique D(λs) (en ps/(nm.km)), est défini comme la dérivée du

temps de propagation de groupe (en ps) par rapport à la longueur d’onde (en nm) pour une

longueur de fibre L. Sur une largeur Δλ autour de λs, la variation de temps de groupe Δτg est donc

:

Τg = 𝐿

ᶸ𝑔 = L

𝑑𝛽

𝑑𝜔

(3.01)

∆ 𝜏𝑔

∆ 𝜔 =

𝑑 𝜏𝑔

𝑑 𝜔 = L

(𝑑.𝑑)𝛽

𝑑 (𝜔.𝜔) = Lβ2(λs)

(3.02)

56

∆τg = D(λs). ∆λ. Lavec λ = 𝑐

𝑓 (3.03)

La dispersion chromatique peut aussi être caractérisée par la dérivée seconde de la phase par

rapport à la pulsation ω, définie à la longueur d’onde λs, que l’on note β2(λs), reliée à D par la

relation :

D(λs) = - 2𝜋.𝑐.𝛽2 (λs)

𝜆 (𝑠.𝑠) = - (6π.10-5)

𝛽2 (𝜆𝑠)

𝜆 (𝑠.𝑠)

(3.04)

La vitesse de propagation de la lumière dans la matière transparente, définie par l’indice de

réfraction optique, est fonction de la longueur d’onde. Or une impulsion lumineuse dans une fibre

optique n’est pas parfaitement monochromatique, puisqu’un laser ne transmet pas une fréquence

unique, et puisqu’un signal transportant a une largeur spectrale non nulle. Par conséquent, les

différentes longueurs d’onde constituant le signal lumineux vont se propager à des vitesses

différentes, ce qui entraîne un élargissement temporel des impulsions qui peuvent alors se

chevaucher, provoquant des erreurs à la détection.

En outre, plus une impulsion est brève, plus sa gamme de fréquences est étendue. Aussi la

dispersion chromatique est un facteur d’autant plus limitatif que les débits sont élevés, car les

impulsions sont très brèves et proches les unes des autres dans le temps [16][17]

3.3 La dispersion chromatique

La dispersion chromatique est l’une des causes de limitation de la distance d’une liaison par fibre

optique du fait qu’elle entraîne un élargissement temporal des impulsions émises. Cet

élargissement limite le débit de la transmission, la capacité de transfert d’information et la bande

passante de la liaison de transmission utilisant la fibre optique

57

Figure 3.01 : La dispersion chromatique

3.3.1 Causes de la dispersion chromatique

Dans la fibre optique, la dispersion chromatique est due à deux effets :

- La dispersion du matériau.

- La dispersion du guide.

3.3.1.1 La dispersion du matériau

L'origine de cette forme de dispersion se situe à une échelle infiniment petite. Lors d’un

rayonnement d’une onde lumineuse se propageant dans un milieu matériel, une interaction se

produit entre ce rayonnement et les électrons libres du milieu qui contraint les électrons à osciller

à la fréquence du champ. Cet effet se manifeste par une modification de la vitesse de groupe du

champ et de l'indice de réfraction du milieu. Cet indice de réfraction est supérieur ou égal à 1 et

croit en général avec la densité du milieu. [18]

3.3.1.2 La dispersion du guide

Dans une fibre optique, la lumière est guidée dans une zone d'indice élevé (le cœur) entourée d'une

zone d'indice plus faible (la gaine). Le guidage peut s'expliquer simplement en considérant que la

lumière qui se propage dans le cœur subit une réflexion totale à l'interface cœur -gaine et reste

ainsi confinée dans le cœur. La distribution transverse de la lumière dans le coeur n'est pas

uniforme et qu'il y a en particulier une onde évanescente qui s'étale un peu dans la gaine de la

fibre. Ceci explique que la dispersion que subit la lumière lorsqu'elle se propage dans une fibre

optique n'est pas seulement due à la dispersion du matériau qui constitue le cœur de la fibre, mais

aussi à la contribution de la géométrie du guidage de la fibre. Cette contribution est appelée

dispersion du guide d'onde.

58

3.3.2 Description mathématique de la dispersion chromatique

Nous définissons la dispersion chromatique par la relation

DWml = 𝜏𝑡

𝐿∆𝜆 =

1

𝐿 𝑑𝑡𝑡𝑟

𝑑𝜆 unité : ps/km.nm (3.05)

Avec :

- L : longueur de la fibre

- τt : allongement temporelle

- ∆λ : largeur spectrale de l’impulsion

- ttr : temps de transit

τt = 𝑑𝑡𝑡𝑟

𝑑𝜆 ∆λ (3.06)

ttr = L 𝑑𝛽

𝑑 (2𝜋𝑓) = -

(𝜆.𝜆)𝐿

2𝜋𝑐 𝑑𝛽

𝑑𝜆 (3.07)

3.3.2.1 Description mathématique de la dispersion du matériau

Le temps de transit d'une onde pour parcourir une distance L peut s’écrire sous une autre forme,

ainsi:

ttr = 𝐿

𝑣𝑔 = L

𝑑𝛽

𝑑𝜆

𝑑𝜆

𝑑𝜔 =

𝐿

𝑐 (n1 – λ

𝑑 𝑛1

𝑑𝜆)

(3.08)

Avec vg = dω

dβ (3.09)

vitesse de groupe comme étant la vitesse de propagation de l’impulsion lumineuse

L'étalement impulsionnel est donné par la variation du temps de transit en fonction de la longueur

d'onde, multiplié par la largeur spectrale de l'impulsion :

59

τmax = 𝑑𝑡𝑡𝑟

𝑑𝜆 = -

𝐿

𝑐 λ

(𝑑.𝑑) 𝑛1

𝑑 (𝜆.𝜆) ∆λ

(3.10)

La dispersion du matériau est définie par :

Dmt = 𝜏𝑚𝑎𝑥

𝐿 ∆𝜆 (3.11)

Dmt = - 𝜆

𝑐 (𝑑.𝑑)𝑛1

𝑑 (𝜆.𝜆) unité : ps/km.nm (3.12)

La variation d'indice de réfraction avec la longueur d’onde est liée aux différentes fréquences de

résonance des électrons. Le milieu absorbe le rayonnement électromagnétique lumineux qui fait

osciller les électrons, et ces électrons rerayonnent ensuite les radiations absorbées.

3.3.2.2 Description mathématique de la dispersion du guide

Nous allons chercher l'expression du temps de transit selon l'hypothèse que n1(λ ) est une

constante.

Dans le guide, le temps de groupe s’écrit :

twg = L 𝑑𝛽

𝑑𝜔 (3.13)

Posons ensuite :

b = 1 - (𝑢.𝑢)

(𝑉.𝑉) =

(𝛽

𝑘0)(

𝛽

𝑘0)−(𝑛2.𝑛2)

(𝑛1.𝑛1)−(𝑛2.𝑛2) (3.14)

Avec :

b : la constante de propagation normalisée

où 0 < b < 1

Nous pouvons alors écrire :

60

β = k0 [n2 + b (n1-n2)] (3.15)

Le temps de groupe twg sera alors :

twg = 𝐿

𝑐

𝑑𝛽

𝑑 𝑘0 =

𝐿

𝑐 𝑑 [𝑘0 (𝑛2+𝑏.𝑛1 ∆)]

𝑑𝑘0 =

𝐿

𝑐 [n2+n1 ∆.

𝑑(𝑏𝑘0)

𝑑𝑘0] (3.16)

V = k0.a.n1 √(2∆) (3.17)

dV = a.n1 √(2∆dk0) (3.18)

dk0 = 𝑑𝑉

𝐴 (3.19)

twg = 𝐿

𝑐 [n2 + n1 ∆

𝑑(𝑉𝑏/𝐴)

𝑑(𝑉/𝐴)] =

𝐿

𝑐 [n2 + n1 ∆

𝑑(𝑉𝑏)

𝑑𝑉] (3.20)

L’étalement de l’impulsion s’ecrit :

twg = 𝑑twg

𝑑𝜆 ∆λ = ∆λ.

−𝑉

𝜆 𝑑𝑡𝑤𝑔

𝑑𝑉 = - ∆λ

𝑉.𝐿

𝜆.𝑐 n1 . ∆λ

𝑑.𝑑.𝑉𝑏

𝑑𝑉.𝑉 (3.21)

La dispersion du guide est calculée à partir de l’étalement de l’impulsion, ainsi :

Dwl = 𝜏𝑤𝑔

∆𝜆.𝐿 =

𝑛1 ∆

𝑐𝜆. V.

𝑑.𝑑 (𝑉𝑏)

𝑑(𝑉.𝑉) (3.22)

61

3.3.3 Méthodes de mesures de la dispersion chromatique

Il est toujours nécessaire de mesurer la dispersion chromatique pour permettre son contrôle lors

d’une liaison de transmission. Elle permet de prévoir la compensation de la dispersion

chromatique.

Il existe plusieurs méthodes de mesure de la dispersion chromatique

3.3.3.1 La méthode de la variation de la phase de modulation

La mesure de la dispersion chromatique dans cette méthode est basée sur le changement de la

phase relative du signal modulant avec la longueur d’onde. Le principe de fonctionnement de cette

méthode consiste à utiliser un laser, réglable en longueur d’onde, modulé en intensité par une

source électrique qui lui fournit la fréquence fm . Le signal modulé est injecté à la fibre sous test.

Nous pouvons utiliser à la place du laser réglable, des diodes laser ayant des spectres très étroits et

qui se recouvrent légèrement. Le signal transmis est détecté et sa phase est mesurée par rapport à

la source de la modulation électrique.

En effet, le changement de phase φ (λ) dépend du temps de groupe :

Ф(λ) = 2.π.fm.τg(λ) (3.23)

La mesure de la phase est répétée à des intervalles de longueurs d'ondes du laser réglable. A partir

des mesures à différentes longueurs d'ondes adjacentes, la variation du temps de groupe,

en picosecondes, correspondant à l'intervalle de longueur d'onde Δλ , est donnée par la relation:

∆τλ = −Ф𝜆+(

∆𝜆

2) − 𝜆−(∆𝜆/2)

360 𝑓𝑚. 1012

(3.24)

Où λ (nm) est le centre de l'intervalle de longueur d'onde, φ (degrés) est la phase du signal

transmis, mesurée relativement à celle de la source de modulation électrique

62

Figure 3.02 : Méthode de la variation de la phase de modulation

3.3.3.2 La méthode de la variation de la phase différentielle

La méthode de la variation de la phase différentielle détermine la valeur de la dispersion

chromatique à une longueur d'onde donnée, directement à partir des mesures de la variation du

temps de groupe dans un petit intervalle de longueur d'onde. La dispersion chromatique résultante

peut être assimilée à la dispersion moyenne sur un intervalle de longueur d'onde si ce dernier est

suffisamment petit. Une fibre de référence et une fibre sous test sont mesurées en utilisant le

même pas de longueur d'onde. La dispersion chromatique est donnée pour chaque longueur d'onde

i λ , par l'équation :

Dλ1 = ∆Ф𝜆1− ∆𝑑(Ф).𝜆1

360 𝑓𝑚𝐿∆𝜆. 1012

(3.25)

Où Δλ est l'intervalle de longueur d'onde centré sur λ1

ΔФλ1 et ∆d(Ф)λ1 sont respectivement les variations de phase mesurées avec la fibre sous test et la

fibre de référence.

Cette méthode consiste à mesurer la dispersion chromatique en fonction de longueur d'onde en

répétant le processus de mesure à une séquence de longueur d'onde. Nous pouvons appliquer une

fonction de lissage pour la courbe de mesures obtenue, pour améliorer la

précision pour laquelle nous pouvons déduire λ0 , S0 et Dwml(λ ). Les longueurs d'ondes de test

pourraient être contrôlées soit en commutant entre plusieurs diodes laser, ou bien en filtrant le

63

faisceau lumineux donné par une diode LED, ou même moduler la longueur d'onde d'une cavité

laser externe.

Figure 3.03 : Le banc expérimental de la méthode du déphasage différentiel pour la mesure de la

dispersion chromatique

La longueur d'onde est changée à un taux assez grand afin d'éviter le bruit de l'électronique utilisée

dans l'instrumentation et réduire les effets du déphasage induits dans le système à mesurer.

Cependant, cette méthode exige que l’intervalle de longueur d’onde sur lequel la dispersion

chromatique est mesurée, soit très petit. En choisissant un pas de longueur d’onde plus grand, les

erreurs relatives seront réduites, ce qui entraîne l’amélioration des mesures. Un large intervalle

donne moins de précision, ce qui rend difficile à appliquer une fonction de lissage.

3.3.3.3 La méthode de la réponse AM en bande de base

La dispersion chromatique change la phase relative des bandes latérales du signal modulé.

Dans le cas d'une simple modulation d'intensité, la dispersion chromatique converti la modulation

d'amplitude (AM) en modulation de fréquence (FM). Il en résulte une forme caractéristique pour

la réponse AM qui peut être analysée pour déterminer le coefficient de dispersion à une longueur

d'onde de travail.

64

Figure 3.04 : La mesure de la dispersion chromatique par la méthode de la réponse AM en

bande de base

Ce dispositif est basé sur un analyseur optique. Un laser réglable à bande étroite est réglé à une

certaine longueur d'onde pour laquelle la dispersion est sensée d'être déterminée. La lumière est

modulée en intensité par un modulateur Mach-zehnder. Une fois que la fréquence de modulation

est réglée, la réponse AM en bande de base présente une série de zéros qui sont exprimées en GHz

et par la relation :

fm = √[500.𝑐.(1+2𝑛)

𝐷𝐿 (𝜆.𝜆)]

(3.26)

Où N= 0, 1,2….est l'ordre du zéro, D est la dispersion chromatique et 0 λ est la longueur d'onde en

nm.

La dispersion chromatique de la fibre sous test au premier zéro de la réponse AM est donnée par

l'équation:

D0 = 500.𝑐

(𝑓𝑚.𝑓𝑚)𝐿.(𝜆0.𝜆0) (3.27)

3.3.3.4 Mesures interférométriques

Plutôt que mesurer les retards subis par l'enveloppe d'un signal, il est possible de mesurer la

différence de phases de la porteuse de deux signaux provenant de la même source. Une telle

mesure est appelée interférométrie [4].Cette technique consiste à mesurer la différence de phases

par le biais d'une mesure d'intensité ce qui n'est pas sans avantage. En effet, même sans

l’utilisation de détecteurs ultrarapides, les techniques interférométriques sont sensibles à des

65

retards extrêmement faibles avec une très bonne résolution de l'ordre de 0.1 ps. Son principe de

base consiste à séparer d'abord la lumière provenant d'une source, en deux faisceaux. Un des deux

faisceaux, appelé faisceau de référence, suit un chemin dont la longueur est connue avec précision

et l'autre, appelée faisceau de mesure, parcourt une longueur approximativement la même que

celle du bras de référence. La différence de longueur entre les deux bras doit être suffisamment

petite pour garder la cohérence et voir des interférences. Les deux signaux sont alors recombinés

pour obtenir un signal d’interférence ayant une intensité qui correspond à la somme des intensités

des deux faisceaux et d'un terme de corrélation mutuelle dépendant de la différence entre les

phases. C'est ce terme qui permet les mesures interférométriques pour déterminer la dispersion

chromatique. Cependant, Il existe plusieurs types d’interféromètres comme l’interféromètre de

Mach-Zehnder interféromètre de Sagnac et l’interféromètre de Michelson.

Figure 3.05 : L’interféromètre de Mach-Zehnder

Figure 3.06 : Interféromètre de Sagnac

66

Figure 3.07 : L’interféromètre de Michelson

3.4 Quelques Compensateurs de dispersion

3.4.1 Réseau de bragg

3.4.1.1 Principe du réseau de Bragg

Le réseau de Bragg utilise le principe de variation de l’indice de réfraction du milieu

- Chaque interface entre les milieux d’indice n1 et n2 est semiréfléchissante

- Coefficient de réflexion R à l’interface [19]

R= (𝑛1−𝑛2

𝑛1+𝑛0)2 (3.28)

Il permet de réfléchir la longueur d’onde voulue et de transmettre les autres

Figure 3.08 : Principes de variation des indices de réfraction dans un réseau de Bragg

67

3.4.1.2. Longueur d’onde de Bragg

La longueur d’onde qui va être réfléchie par le réseau de Bragg est donnée par l’équation

suivante :

λb = 2neffd (3.29)

Où neff est l’indice de réfraction effectif du milieu, à peu de chose près l’indice du coeur de la fibre

car les variations d’indice photo induites sont très faibles d est la période du réseau

3.4.1.3. Réseau de Bragg dans les fibres

A l’aide d’un laser émettant à une longueur d’onde pour laquelle le cœur de la fibre est

photosensible (488 nm), on vient réaliser le réseau de Bragg par interférence. Cette interférence

est réalisée soit par masque de phase, soit par le miroir de Lloyd

Figure 3.09 : Réseau de Bragg dans les fibres

Le masque de phase est plus utilisé en laboratoire tandis que le miroir de Lloyd est plus adapté à

une approche industrielle. L’avantage du réseau de Bragg photo inscrit est que les pertes

d’insertions sont minimes. L’inconvénient est sa sensibilité a la température, mais si sa

température est contrôlée on obtient un filtre réglable (longueur d’onde centrale). [20]

3.4.2 Compensation de la dispersion par l’utilisation de tableau cohérent d’images virtuelles

ou VIPA

Le VIPA (Virtually Imaged Phased Array) est une technologie basée sur la micro-optique : c’est

un dispositif dont l’angle de sortie de la lumière dépend de la longueur d’onde de celle-ci.[21]

68

Figure 3.10 : Compensateur de dispersion utilisant un VIPA

Le signal voyage de la fibre d’entrée jusqu’au miroir puis retourne dans celle-ci. La lumière

sortant du compensateur est séparée de celle venant de la fibre grâce à un circulateur non

représenté sur le dessin.

Le signal incident est focalisé dans la lame de verre (dont l’épaisseur t est de l’ordre de

1 mm) par une lentille semi-cylindrique. Le rayon central de la lumière incident fait un angle

Q avec la lame.

La lumière de sortie de la lame est un faisceau collimaté dont l’angle de sortie F dépendant de la

longueur d’onde est déterminé par f l’angle de sortie à l’intérieur de la lame. F est

approximativement ne fois plus grand que f

Le VIPA crée de nombreuses images virtuelles du col du faisceau. On voit sur la suivante que le

col du faisceau d’où le signal revient, varie en fonction de la longueur d’onde et que par

conséquent la distance parcourue est elle aussi modifiée. Des rayons venant du col du faisceau

central sont illustrés pour trois longueurs d’onde.

Figure 3.11 : Chemin de lumière dans le compensateur

69

Le miroir étant positionné perpendiculairement à la lentille, le rayon dont la longueur d’onde est

moyenne, voyage du col du faisceau au miroir selon la ligne pleine. Un rayon de plus grande

longueur d’onde est dévié légèrement vers le bas et voyage jusqu’à un autre col de faisceau

positionné plus bas et a un trajet plus court. A l’inverse, un rayon de plus petite longueur d’onde

est légèrement dévié vers le haut, vers un col de faisceau positionné plus haut et parcourt une plus

grande distance.

Une dispersion négative ou positive peut être obtenue selon que le miroir est respectivement

convexe ou concave. En translatant selon l’axe des x le miroir, on peut avoir un compensateur de

dispersion accordable en longueur d’onde. Toutefois cette technologie qui est basée sur une

technique d’interférence possède une bande passante étroite ce qui limite la compensation de

dispersion à des longueurs d’onde spécifiques dans la fenêtre de transmission.

3.4.3 Conjugaison de phase optique

3.4.3.1 Conjugaison de phase par le mélange à quatre ondes

La façon la plus ordinaire pour produire la conjugaison de phase optique est d’utiliser la

technique de mélange à quatre ondes dégénérées (Degenerate four-wave mixing). Le phénomène

de la conjugaison de phase d’une onde électromagnétique peut être produit par cette technique.

Dans la figure suivante, il existe quatre faisceaux optiques, dans un cristal, verre, liquide ou un

milieu de gaz comprimé. Les trois faisceaux de ces quatre sont donnés : un est le faisceau d’objet

(ici c’est une onde sphérique) qui est conjugué par le système, les deux autres sont des faisceaux

de référence. Le quatrième faisceau, le faisceau de sortie, est l’onde conjuguée désirée par l’onde

d’objet.

3.4.3.2 Conjugaison de phase par la diffusion Brillouin stimulée

Il est aussi possible d’utiliser le processus de diffusion Brillouin stimulée (stimulated

Brillouin scattering). En diffusion Brillouin stimulée, l’onde sonore ou la variation de pression-

densité, n’est pas appliquée à l’extérieur du matériau, elle est stimulée à l’intérieur par des paires

d’ondes optiques contra-propagatives. Comme l’onde sonore peut être comparée avec l’onde de

pression-densité, la lumière peut être comparée avec le champ électrique en mouvement.

70

La diffusion Brillouin est la diffusion de la lumière par une onde sonore, c’est-à-dire par une onde

de pression (et donc de densité) se propageant dans le milieu. Dans la diffusion

Brillouin stimulée, l’onde de pompage excite un effet électrostrictif dans un milieu diélectrique

transparent où l’on produit une onde acoustique progressive qui module l’indice de réfraction par

l’effet élasto-optique.

Figure 3.12 : Principe de la conjugaison de phase par le mélange à quatre ondes

3.4.3.3 Applications

Il existe nombreuses applications pour la conjugaison de phase optique car dans les systèmes

optiques il est souvent nécessaire de compenser les distorsions statiques et dynamiques cas.

L’article de D. M. Pepper [22] est un bilan de ces applications. Dans les cas pratiques, c’est le

miroir de conjugaison de phase qui donne des effets de propiétés de la conjugaison de phase.

71

Figure 3.13 : Principe de la conjugaison de phase par la diffusion Brillouin stimulée [23]

3.4.4 Dispersion compensation fiber

La Dispersion compensation fiber est une technique de compensation de la dispersion

chromatique. Elle consiste à introduire dans une liaison un tronçon de fibre produisant une

dispersion chromatique de signe opposée à la fibre de ligne (SMF ou NZ-DSF). Etant donné que

la dispersion chromatique d’une fibre varie avec la longueur d’onde (variation appelée pente de la

Dch), il n’est pas possible de ramener la dispersion chromatique cumulée à zéro périodiquement,

simultanément sur toute une bande de plusieurs nanomètres en ajoutant simplement une seule et

même valeur négative. La caractéristique principale de ces fibres est de présenter une dispersion

chromatique et une pente de Dch de signe opposé à celui de la fibre de ligne. L’idée est alors de

combiner les deux fibres en utilisant le bon rapport de longueur donné par :

K = 𝐿 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒

𝐿 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑒 𝐷𝐶𝐹 = |

𝐷𝑐ℎ𝐷𝐶𝐹

𝐷𝑐ℎ 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒| (3.30)

La dispersion chromatique totale (ou cumulée) notée DchT est alors définie par :

DchT = Dch fibre de ligne Lfibre de ligne + DchDCF. LDCF = 0 (3.31)

Cette valeur doit être ramenée à zéro (ou autour d’une valeur faiblement positive) avec une

variation minimale (appelée aussi Dch résiduelle) en fin de chaque section pour toutes les

longueurs d’ondes de la bande étudiée. On comprend bien alors la nécessité d’obtenir une valeur

72

de Dch la plus négative possible pour limiter la longueur de fibre compensatrice à insérer. La

grandeur RDS (pour Relative Dispersion Slope) a alors été introduite pour traduire l’efficacité de

la compensation large bande. Elle est calculée généralement à λ=1,55μm et définie par :

𝑅𝐷𝑆 = 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑐ℎ𝑟𝑜𝑚𝑎𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒

𝑣𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑐ℎ𝑟𝑜𝑚𝑎𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒

(3.32)

Pour une bonne compensation il faut respecter le rapport de longueur mais aussi vérifier l’équation

suivante :

RDSSMF = RDSDCF (3.33)

De plus, il est nécessaire de limiter les pertes de propagation pour obtenir de fortes figures de

mérite (notées FOM) définies à une longueur d’onde par :

FOM = 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑐ℎ𝑟𝑜𝑚𝑎𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒

𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (3.34)

3.4.4.1 Etude sur une fibre à deux cœurs concentriques

a. Fibre utilisant le mode fondamental

Il est possible, par l’emploi de fibres à profil d’indice de réfraction particulier, comme les fibres à

deux coeurs concentriques d’obtenir à une longueur d’onde donnée une dispersion chromatique

fortement négative (appelée longueur d’onde d’accord de phase).

Parmi les différentes techniques permettant de corriger le phénomène de la dispersion, la « fibre

compensatrice » communément appelée DCF est adopté, dans le but d’accroître les performances

des DCF en terme de valeur de Dch,

73

Figure 3.14 : Profil d’indice de réfraction idéal d’une fibre à deux cœurs concentriques.

Ces fibres présentent un cœur central de faible rayon, dont l’indice de réfraction est important, et

un cœur externe plus large entourant le premier et d’indice beaucoup plus faible. Cette forte

dissymétrie entre les deux cœurs constituant la fibre optique (exemple : a = 1 μm, D1 = 2%, c - b

= 6.8 μm, b - a = 14.2 μm, D2 = 0.3%) est essentielle car elle permet d’obtenir un comportement

singulier de la fibre.

La figure suivante représente les évolutions des indices effectifs du mode du guide élémentaire

formé par le cœur central et la gaine (points) et du mode de la structure composée par le coeur

externe et la gaine (triangles). On constate que les indices effectifs de ces deux modes sont égaux

à une longueur d’onde donnée. Il y a couplage entre les deux modes. Selon une approche

supermodale, le mode fondamental de la structure complète (trait plein) est une combinaison des

modes des deux structures élémentaires. L’indice effectif de ce mode subit une très forte inflexion

autour de la longueur d’onde de couplage.

74

Figure 3.15 : Évolution de l’indice effectif du mode de la structure (trait plein) en fonction de la

longueur d’onde.

b. Fibre utilisant un mode d’ordre supérieur

Les modules de compensation de dispersion par mode d’ordre supérieur (HOM-DCF pour Higher-

order-mode Dispersion Compensating Fiber) utilisent la propriété de fortes dispersions négatives

des modes d’ordre élevés se propageant dans une fibre optique. La propagation du signal est

réalisée par un mode d’ordre supérieur et plus par le mode fondamental. Cette technique permet

d’obtenir une grande pente de dispersion relative K (par exemple K = -5,4 ps/nm² au lieu de –1, 4

ps/nm² dans le cas d’une fibre compensatrice de dispersion utilisant le mode fondamental).

75

Figure 3.16 : Dispersion chromatique d’un compensateur de dispersion HOM utilisant le mode

LP02

Comme les compensateurs de dispersion utilisant une fibre monomode, ces systèmes produisent

une forte dispersion négative et donc utilisent une faible longueur de fibre, ce qui limite les pertes

de propagation du module.

De plus les HOM-DCF ont une plus grande aire effective pouvant aller jusqu’à être quatre à cinq

fois plus grande que les SM-DCF (pour Single Mode DCF qui sont les fibres qui utilisent le mode

fondamental), ce qui augmente la puissance seuil pour les effets non-linéaires.

Cependant, ne travaillant pas au mode fondamental, cette technologie nécessite l’ajout de

convertisseurs de modes en entrée et sortie, ce qui augmente le coût du module de compensation

aussi bien que ses pertes.

Enfin, comme les fibres utilisées sont surtout les monomodes, des interférences intermodales

peuvent se produire et s’ajouter au bruit. Des études ont montrées que les interférences de chemin

multiple ou MPI (Multi Path Interference) devaient être inférieures à

– 42 dB pour assurer une transmission dans un réseau longue distance utilisant quelques-uns de

ses systèmes en cascade.

76

3.4.4.2 Gestion de la dispersion chromatique

Lorsque la dispersion devient trop faible, l’interaction de plusieurs longueurs d’onde se produit sur

des longueurs de fibres plus étendues et crée des effets non linéaires (dus principalement au

mélange à quatre ondes). De plus, l’impact de ces effets non linéaires devient beaucoup plus

important avec la réduction de l’espacement inter canal (surtout pour les liaisons DWDM). Afin

de limiter ces effets, la dispersion chromatique de la fibre doit augmenter dès que les espacements

entre longueur d’onde sont plus rapprochés sans pour autant atteindre des valeurs trop fortes

(dégradation alors du signal par le XPM et SPM). En outre, nous savons que la dispersion

chromatique cumulée au cours de la propagation doit être ramenée autour de zéro périodiquement

par les modules compensateurs mais suivant quel schéma ? En effet trois types de compensation

pour chaque section sont possibles : la pré- (mettre le module avant la fibre de ligne), la post-

(mettre le module après la fibre de ligne) et la compensation symétrique

Figure 3.17 : Dispersion cumulée en fonction de la distance dans les cas « sans DCF » (a) et «

avec DCF » (b)

Suivant la gestion de dispersion utilisée, les interactions non-linéaires sont différentes. Plutôt que

de compenser toute la dispersion cumulée en fin de propagation, il est possible de répartir la

compensation de dispersion. C’est le principe de la gestion de dispersion en ligne. Si toute la

dispersion cumulée à chaque tronçon (span) n’est pas compensée, nous avons une RDPS non

77

nulle. Quand la compensation de dispersion se fait à l’émission on parle de pré-compensation et

quand elle est faite à la réception on parle de post-compensation.

A la lecture des publications, il ressort que la compensation symétrique permet d’atteindre de

meilleures performances en termes de taux d’erreur par élément binaire (BER pour Bit Error

Rate), ce qui semble être confirmé par les derniers records de transmission atteints qui ont

appliqués cette disposition [24]. Quant à la distance de propagation entre chaque module de

compensation pour les systèmes terrestres, elle est comprise entre 80 et 100km suivant les fibres

de ligne utilisées.

3.5 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons vu d’une part les inconvénients qu’engendre la dispersion

chromatique par l’élargissement du signal suite à une interaction de deux types de dispersion qui

sont la dispersion matérielle et la dispersion du guide. L’information à transmettre est alors

endommagé. Et d’autre part nous avons pu voir les différentes méthodes pour faire face à ce

problème rencontré dans la transmission ; mais ce qui nous intéresse le plus dans ce mémoire c’est

l’utilisation de la ligne DCF qui est un moyen de compensation de dispersion et jugé efficace pour

solutionner cette dispersion qui affecte le signal à transmettre.

78

CHAPITRE 4

SIMULATION DE LA DISPERSION CHROMATIQUE ET DE LA DCF SOLUTION DE

LA DISPERSION DE LA FIBRE MONOMODE

4.1 Introduction

Le développement des télécommunications par fibre optique a multiplié les architectures des

réseaux, les techniques de codage et les composants disponibles. La conception des systèmes

associés est de plus en plus difficile, tant le nombre de paramètres influant sur les performances de

la liaison est important. Aussi, les outils de simulation constituent une assistance de plus en plus

utilisée pour aider à trouver rapidement des solutions, aussi bien au niveau du composant que du

système.

Ce chapitre propose une description de COMSIS, le logiciel de simulation utilisé pour cette étude.

Ce chapitre sera divisé en deux parties. La première se portera sur le simulateur système COMSIS

et la seconde partie sur la simulation de la dispersion chromatique présente dans la fibre

monomode et de la simulation de la solution de cette dispersion par l’utilisation d’une ligne de

fibre compensatrice nommée DCF.

4.2 Présentation du logiciel

Une société française a inventé et développé ce logiciel nommé COMSIS, IPSIS (Ingénierie Pour

SIgnaux et Systèmes), basé sur la technopole de Rennes. COMSIS signifie COMmunication

System Interactive Software.

C’est un logiciel qui permet aux chercheurs et aux ingénieurs de mettre en structure c’est à sire

modéliser, simuler, analyser et concevoir tout module de traitement du signal allant du dispositif le

plus élémentaire au système complet de communication. C’est un environnement interactif qui

allie des outils numériques à des fonctionnalités graphiques et une interface utilisateur. Il permet

d’analyser des systèmes analogiques ou numériques décrits sous la forme de schémas-blocs.

79

4.2.1 L’éditeur de schéma-bloc

COMSIS offre un environnement intégré où toutes les fonctions d’éditions et de traitements

s’articulent autour de l’éditeur de schéma-bloc. [26]

Figure 4.01 : L’éditeur de schéma-bloc de COMSIS

Ce logiciel est assez facile à manipuler. De ce fait, la construction d’un schéma-bloc n’est pas

trop complexe suite à sa prise en main. Il suffit de sélectionner des objets disponibles dans la

bibliothèque ensuite de les déposer sur la feuille de dessin. Tout cela peut se faire à l’aide d’une

souris. Ces objets représentent des modélisations d’opérateurs, d’entrées et de sorties et doivent

être interconnectés et nommés. Après le positionnement des modèles, c’est-à-dire après les avoir

interconnectés et attribution de noms, leurs paramètres caractéristiques doivent être définis, sous

forme numérique ou à l’aide d’un paramètre formel, avant de lancer l’analyse du système. Il faut

encore insérer des variables intermédiaires (correspondant aux grandeurs d’entrée et de sortie des

opérateurs) et les nommer. Ainsi, le simulateur a accès aux signaux en chaque point du schéma.

4.2.2 La bibliothèque

La bibliothèque de COMSIS a été développée en étroite collaboration avec France Télécom R&D.

Parmi les modèles disponibles dans la bibliothèque de COMSIS, citons, par exemple, les codes en

80

ligne, les codes correcteurs d’erreurs, les fonctions logiques, les modulations, les démodulations,

les filtres, les composants optiques…

Figure 4.02 : La bibliothèque de modèles de COMSIS.

Ces différents modèles qui sont aussi appelés opérateurs fonctionnels, sont des unités de

transformation caractérisées par une (ou plusieurs) grandeur(s) de sortie dépendant d’une grandeur

d’entrée ou d’une combinaison de grandeurs d’entrée. Ils sont classés en deux catégories :

- Les opérateurs linéaires qui jouissent des propriétés d’additivité, d’homogénéité et de

stationnarité au cours du temps.

- Les opérateurs non linéaires qui forment une vaste classe sans mode de représentation

universelle.

La bibliothèque est assez étendue pourra se développer. En outre COMSIS offre la possibilité de

développer et d’intégrer nos propres modèles écrits en langage C ou FORTRAN, en entrant dans

le « Builder » de COMSIS.

81

4.2.3 La simulation

Il existe deux phases que le logiciel COMSIS réalise lors d’une simulation. La première consiste à

la modélisation du système et la deuxième à une analyse de la liaison réalisée. Après l’exécution

de ces deux phases, la simulation pourra alors se lancer.

4.2.3.1 La modélisation du système

Dans le domaine des télécommunications, le terme système désigne un ensemble d’éléments

interdépendants ayant pour finalité commune d’acheminer, de manière aussi fidèle et fiable que

possible, des informations entre divers usagers.

L’interdépendance de ces éléments, qui exprime les interactions dynamiques existant entre eux,

est de préférence décrite, dans COMSIS, sous forme décomposée dans laquelle chaque opération

de base apparaît de manière explicite.

Les différents modules mis en évidence par ce type de représentation sont des unités de

transformation, caractérisées par une grandeur de sortie dépendant de grandeurs d’entrée.

Les signaux sur lesquels opèrent ces dispositifs sont des signaux utiles, qui contiennent

l’information à transmettre, des signaux perturbateurs, introduits par le milieu de transmission ou

inhérents aux dispositifs de traitement, des signaux de contrôle ou de commande, qui doivent

assurer la qualité de la transmission.

a. Représentation des signaux

La représentation par enveloppe complexe n’a de sens que pour les signaux dont la caractéristique

fréquentielle, spectre ou transformée de Fourier, présente la propriété d’être concentrée dans une

certaine bande de fréquence. Ces signaux sont dits à bande étroite ou quasi-monochromatiques.

b. Représentation des opérateurs fonctionnels

Une chaîne de transmission de données est un système de traitement qui effectue, sur des signaux,

un ensemble d’opérations de base afin d’en extraire de l’information ou de les rendre porteurs

d’information.

82

4.2.3.2 L’analyse du système

L’analyse d’un système repose sur deux buts. Le premier consiste à rendre simple le système pour

réduire le temps de simulation et afin d’optimiser les résultats obtenus. Le second consiste à

déterminer les fréquences de référence des variables qui doivent être simulées.

Il existe trois étapes nécessaires dans l’analyse d’un système de télécommunication :

- Réduction formelle : Les modules d’analyse sont basés sur une phase de simplification

formelle des équations du système qui permet d’aboutir à des modèles entrée/sortie réduits.

L’intérêt des réductions formelles réside dans le fait, d’une part, qu’elles diminuent le

nombre de variables intermédiaires à calculer, et, d’autre part, qu’elles permettent

d’obtenir des transmittances équivalentes de degré minimal.

- Réduction numérique : COMSIS évalue tous les coefficients des transferts issus des

réductions formelles. C’est à l’issue des réductions numériques, que COMSIS peut juger

de la stabilité du système.

- Détermination des fréquences de référence : Le problème posé est de connaître le type de

représentation des signaux tout au long de la chaîne de transmission.

4.2.4 Les résultats de simulation

Une fois que le schéma est construit, COMSIS a la possibilité de réaliser plusieurs types

d’analyses. Tout dépend du système dont on veut évaluer les performances. Cela peut être juste

l’analyse d’un composant, d’un opérateur fonctionnel, pour voir ses propres performances, ses

caractéristiques ou alors l’évaluation des performances d’une liaison entière ou partielle,

l’évaluation de la qualité de l’information transmise. C’est donc d’abord par une description de

ces différentes simulations que va débuter ce paragraphe. Les résultats de simulations peuvent

ensuite être visualisés sous différentes représentations.

4.2.4.1 Les différentes analyses

Après la description complète du système, il est possible d’effectuer différentes analyses

temporelles et fréquentielles, accessibles à partir du menu Analyse de l’Editeur de

schéma-bloc.

83

Figure 4.03 : Le menu d’analyse de COMSIS

a. L’analyse statique

COMSIS permet de connaître certaines courbes ou valeurs caractéristiques d'opérateurs non

rationnels grâce à la commande Analyse Statique du menu Analyse.

Lorsque cette commande est activée, la cohérence du schéma est d’abord vérifiée. Une fois les

calculs terminés, les résultats sont affichés dans la fenêtre graphique.

b. L’analyse de stabilité

Lors de l’activation de la commande Analyse Stabilité du menu Analyse, COMSIS calcule la

réponse en fréquence et les marges de stabilité d'un sous-système linéaire. COMSIS édite les

marges de stabilité (phase, retard, module et module complémentaire) dans le journal de la fenêtre

alphanumérique. La visualisation des résultats dans la fenêtre graphique peut être présentée sous

trois formes différentes : diagrammes de Bode (amplitude et phase), de Black et de Nyquist.

c. L’analyse de transfert de boucle

L’activation de la commande Analyse Transfert de Boucle du menu Analyse provoque le calcul de

la réponse en fréquence et des marges de stabilité des boucles. COMSIS édite les résultats sous la

même forme que pour l’analyse de stabilité.

d. La réponse fréquentielle

COMSIS permet de calculer la réponse fréquentielle d'un opérateur de filtrage non rationnel ou

d'un sous-système rationnel grâce à la commande Réponse Fréquentielle du menu Analyse. Le

logiciel vérifie toujours la cohérence du schéma. Lorsque le calcul est terminé, COMSIS affiche la

réponse fréquentielle en amplitude, en phase et en temps de propagation de groupe.

84

e. La simulation temporelle

La commande Simulation Temporelle du menu Analyse permet de déterminer la réponse d’un

système à des signaux dans le domaine temporel. Cette analyse est légèrement différente car ne

concerne plus l’analyse d’un opérateur mais plutôt l’analyse du signal envoyé pendant sa

transmission. A l’issue de la simulation, la fenêtre d’Evaluation des Performances propose

différents traitements sur les variables simulées. Ils seront examinés dans le prochain paragraphe.

La simulation de ce mémoire se base surtout sur cette simulation temporelle

4.2.4.2 La visualisation et le traitement des résultats

Suite à toute simulation, COMSIS offre des résultats, basés sur l’analyse des signaux simulés :

Affichage, Caractéristiques, Bilan de puissance, Facteur Q, Rapport signal à bruit,

Mesure de taux d’erreur... L’affichage est effectué dans un écran de visualisation, encore appelé

fenêtre graphique.

Figure 4.04 : L’écran de visualisation des résultats de COMSIS

La simulation temporelle est l’analyse permettant le plus grand nombre de possibilités dans

l’exploitation des résultats. Les autres analyses affichent directement le résultat demandé dans la

fenêtre graphique. C’est pourquoi dans la suite de ce paragraphe, les différentes possibilités

d’interprétation et de traitement des résultats seront décrites pour une simulation temporelle,

même si parfois, elles peuvent encore être valables dans les autres cas.

85

Durant la simulation, un écran de contrôle permet de suivre l’état d’avancement des calculs.

Quand ceux-ci sont terminés, la fenêtre d’Evaluation des Performances propose plusieurs

possibilités. Ce sont toutes ces techniques d’évaluations qui vont être maintenant détaillées.[27]

Figure 4.05 : Fenêtre d’évaluation des performances

Ici , la commande Visualisation affiche les variables calculées, soit directement dans le domaine

temporel, soit après qu’elles aient subi un pré-traitement. Lorsque cette commande est activée, la

fenêtre Variables et Pré-traitements apparaît et donne accès aux choix de ces traitements à

effectuer et des variables simulées sur lesquels les effectuer.

- La réponse temporelle

Cette commande permet d’observer directement les variables simulées, sans prétraitement.

L’abscisse des courbes est constituée d’une base de temps.

- Les fonctions de corrélation

86

Ces pré-traitements permettent de calculer la fonction d’autocorrélation d’un signal et la fonction

d’intercorrélation de deux signaux. COMSIS propose le choix entre une méthode de calculs

directs et une méthode basée sur la transformation de Fourier.

- Le diagramme de l’œil

COMSIS offre la possibilité de faire des mesures quantitatives sur les diagrammes de l’oeil :

ouverture horizontale, ouverture verticale, taux d’extinction, hauteur de l’oeil, facteur Q, position

des intersections, largeur de l’œil, gigue.

- Le diagramme vectoriel ou trajectoire

Les systèmes de communications numériques utilisent des signaux dont les combinaisons

d’amplitude et de phase représentent le message à transmettre. La représentation vectorielle de ces

différentes combinaisons donne naissance au diagramme vectoriel

- La vue tridimensionnelle

Ce pré-traitement permet de visualiser l’évolution des composantes en phase et en quadrature,

d’un signal à bande étroite représenté par enveloppe complexe, en fonction du temps.

- Détermination du facteur Q

La simulation a permis de calculer le signal bruité dont on veut évaluer le facteur Q.

COMSIS calcule alors les niveaux moyens du signal bruité et les écarts-types sur la transmission

des niveaux hauts et des niveaux bas.

4.3 Simulation

4.3.1 Synoptique de la liaison optique

Voici sur la figure ci-dessous la synoptique de la liaison à simuler.

Figure 4.06 : Synoptique de la liaison à simuler

87

La partie émission se trouve sur toute la partie gauche de la fibre tandis que la partie réception se

trouve à droite

4.3.2 Les différents composants utilisés

4.3.2.1 La partie émission

Le module d’émission a pour objectif d’inscrire l’information électrique sur un signal lumineux.

Et pour un tel débit, il a été montré que la modulation des données devait se faire de façon externe

au laser. Notre choix s’est porté sur un modulateur électro-absorbant (MEA). Pour la simulation,

cinq blocs seront utilisés pour réaliser le module d’émission, blocs qui vont maintenant être

présentés.

a. Les données électriques

Les données électriques au format NRZ sont une succession de tensions de niveau haut et de

niveau bas. L’opérateur du logiciel COMSIS permettant de les simuler se nomme

SEQUENCE-BINAIRE-PSEUDOALEATOIRE

Figure 4.07 : Simulation de la séquence de données

88

Figure 4.08 : Paramètres séquence binaire pseudoaléatoire

Le modulateur électro-absorbant est tout d’abord configuré de telle sorte que la modulation

d’amplitude soit maximale, afin de bien séparer les niveaux optiques pendant la transmission.

Dans un premier temps, nous considèrerons un driver idéal qui fera passer le niveau bas de -1 V à

- 4 V, et le niveau haut de + 1 V à 0 V, sans perturber l’allure du signal.

Dans COMSIS, il existe un opérateur qui modifie les différents niveaux sans déformation du

signal et qui jouera le rôle du driver idéal. Il s’agit du détecteur à seuils (DETECTION-SEUIL).

b. Driver de modulateur

Figure 4.09 : Simulation de la séquence de données avec les niveaux corrects

Figure 4.10 : Paramètres du driver

89

c. Le laser

Il faut envoyer au modulateur un signal optique, issu d’un laser, et un signal électrique,

représentant l’information à transmettre.

Figure 4.11 : Modèle de simulation du laser

Figure 4.12 : Paramètres caractéristiques du laser

Il faut noter que certains paramètres, tels que le taux d’amortissement et le chirp du laser, n’ont

pas de répercutions en modulation externe. Quelle que soit la valeur de ces paramètres, ils

n’auront pas d’impact dans la liaison puisque le laser émet en continu.

90

d. Le modulateur externe

Le modèle de modulateur externe de type électro-absorbant disponible dans la bibliothèque de

COMSIS est le MODULATEUR-ELECTRO-ABSORPTION.

Lors d’une modulation externe, la puissance de sortie du laser est continue. Puis ce signal

lumineux est modulé par ce modulateur électro-absorbant, mais il est aussi inévitablement atténué.

Figure 4.13 : Modèle de simulation du MEA

Figure 4.14 : Paramètres caractéristiques du modulateur externe électro-absorbant

4.3.2.2 La partie réception

Le module de réception a pour but d’effectuer une conversion de l’information portée par la

modulation du signal lumineux en impulsions électriques. Il est composé d’un amplificateur

électrique, d’une photodiode, d’un gain optique, d’un seuil de décision nécessitant l’approbation

d’une synchronisation assurée par une horloge

91

a. La photodiode

Le modèle disponible dans COMSIS (PHOTODIODE-PIN) est un opérateur représentant une

photodiode PIN

Figure 4.15 : Modèle de simulation de la photodiode PIN

Figure 4.16 : Paramètres caractéristiques de la photodiode PIN

b. L’amplificateur électrique

Le signal optique subit une forte atténuation durant sa propagation dans la fibre optique, et la

photodiode PIN n’émet pas un courant très élevé. Une amplification du signal est donc à

considérer avant la prise de décision.

Le modèle d’amplificateur électrique, disponible dans COMSIS, est un opérateur de gain, nommé

GAIN. Ce modèle permet de multiplier le signal d’entrée par une constante.

92

Figure 4.17 : Modèle de simulation de l’amplificateur électrique

c. Le régénérateur

L’opérateur de décision disponible dans COMSIS appartient à la classe des organes de

régénération

Figure 4.18 : Modèle de simulation de l’organe de décision

Figure 4.19 : Paramètres du seuil de décision

Pour notre simulation, le seuil de décision est fixé à 1,2. Le gain de l’amplificateur électrique a été

choisi de telle sorte que le signal à l’entrée du bloc de décision soit normalisé autour de ce seuil.

La décision s’effectue sur les fronts montants de l’horloge, et doit être prise au centre du bit du

signal à régénérer, lieu où les interférences entre symboles sont minimales. Ceci permet de

diminuer les possibilités d’erreurs de décision. Il faut donc synchroniser l’horloge pour que les

fronts montants tombent au milieu des bits du signal. Nous utilisons une horloge (HORLOGE)

suivi d’un opérateur de retard (RETARD-CONTINU)

93

Figure 4.20 : Modèle de simulation du circuit de régénération

Figure 4.21 : Paramètres horloge

Figure 4.22 : Paramètres synchronisateur

d. La partie transmission

Dans un premier lieu, comme dit précédemment, nous allons utiliser une fibre monomode. Voici

donc la particularité de cette fibre.

94

Figure 4.23 : Simulation de la fibre monomode utilisée

Figure 4.24 : Paramètres fibre monomode

4.3.3 Lancement de la simulation

Cette partie va montrer la solution de la dispersion chromatique suite à nos recherches. Elle

consiste à comparer l’allure du signal dans la partie émission avec l’allure du signal reçu à la

sortie.

95

Comme défini précédemment, la DCF a la particularité de compenser les dispersions engendrées

par des problèmes rencontrés lors de la transmission du signal à travers la fibre. Cette partie sera

alors divisée en deux grands points.

- La première consistera à simuler un réseau de transmission d’un signal optique à travers

une fibre monomode sans attribuer une valeur à sa dispersion chromatique et ensuite lui

attribuer la valeur particulière de sa dispersion chromatique.

- Et le second consistera à associer une ligne de fibre DCF à ce réseau, mais d’une part

attribuer une valeur nulle à sa dispersion chromatique et d’autre part lui donner sa valeur

particulière c’est-à-dire la valeur de la dispersion chromatique de la DCF

4.3.3.1 Synoptique de la liaison avec utilisation d’une fibre monomode avec d=0

Figure 4.25 : Synoptique de la liaison

Nous allons maintenant cliquer sur « analyse » pour accéder à la « simulation temporelle »

96

Figure 4.26 : Paramétrage variable de sortie

Insérer [sort] puis cliquer sur « ok »

Figure 4.27 : Paramétrage de la dispersion

D’abord attribuer « 0 » à d : dispersion chromatique de la fibre monomode, ensuite cliquer sur «

ok »

97

Figure 4.28 : Paramétrage de l’interpolation pour le retard

Insérer [NON] puis « ok »

Figure 4.29 : Paramétrage de la modification du pas

Insérer [NON] puis « ok »

98

Figure 4.30 : Paramétrage du nombre de points à calculer

Attribuer « 8000 » au nombre de points à calculer, ensuite « ok »

Figure 4.31 : Paramétrage des variables à sauvegarder

Cliquer sur « ok »

99

Figure 4.32 : Temps de latence de calcul du logiciel

Ici, le simulateur effectue un calcul afin de visualiser l’interprétation d’évaluation des

performances

Figure 4.33 : Choix de visualisation de résultat

Cliquer sur « visualisation globale »

100

Figure 4.34 : Choix de visualisation des courbes par la sélection des opérateurs optiques

Insérer « inf > sdrv > smea > sf > st > spd > sg > sdec > sort » ensuite « ok »

a. Résultats de la simulation

Figure 4.35 : Sortie du modulateur et données émises

101

Figure 4.36 : Sortie photodiode et sortie fibre monomode

Figure 4.37 : Allure des signaux en chaque point de la liaison de référence

102

Figure 4.38 : Comparaison du train d’impulsion de bits émise et reçu pour d = 0

b. Interprétation

Les signaux électriques sont visualisés sous forme de réponse temporelle. La simulation a permis

de vérifier les transformations successives du signal durant son parcours. Le comportement et

l’influence de chaque opérateur ne nous intéresse pas dans ce mémoire et défini comme

négligeable. Le point important se fixe sur l’allure du train d’impulsion de bits à émettre avec

celui reçu. Lors d’une transmission sur fibre optique, un retard est à considérer, c’est la raison

pour laquelle le simulateur a détecté un retard de 5*e-9 à la sortie, avant de reprendre l’allure du

train d’impulsion de bits.

Ici, il existe une similarité directe entre l’allure du bit émis avec l’allure du bit reçu. Donc pour

une valeur nulle de la dispersion chromatique de la fibre monomode, le logiciel de simulation

prouve que le comportement et l’allure des bits émises et transmises sont conformes

4.3.3.2 Synoptique de la liaison avec utilisation d’une fibre monomode avec d=17ps

Attribuons maintenant la valeur particulière de la dispersion chromatique de la fibre monomode

d=17 ps.

103

Figure 4.39 : Paramétrage de la dispersion

a. Résultat de la simulation

Figure 4.40 : Sortie driver et données émises

Figure 4.41 : Sortie amplificateur et sortie décision

104

Figure 4.42 : Entrée décision et sortie photodiode


Figure 4.44 : Comparaison du train d’impulsion de bits émise et reçu pour d = 17

105

b. Interprétation

Ici, nous avons attribué à d sa valeur particulière qui est de 17 ps. Nous remarquons que l’allure et

le comportement du train de bits émis n’est pa similaire avec le train de bits reçu. Il y a

superposition de bits « 0 » et de bits « 1 » à la sortie. Le logiciel de simulation confirme que pour

une valeur particulière de d = 17 ps, il y a dégradation du signal à transmettre. La qualité du signal

est perturbée. Une solution devra alors être adoptée pour que le train de bits émis soit conforme à

celui reçu.

4.3.3.3 Synoptique d’une liaison avec utilisation d’une fibre monomode associé à une ligne de

fibre à compensation de dispersion

Nos recherches se sont portés sur l’utilisation d’une ligne de fibre qui a la particularité de

compenser la dispersion chromatique présente dans la fibre monomode. En effet, pour lutter

contre ces dégradations, il suffit de disposer une fibre ayant une dispersion chromatique de signe

opposé. Plusieurs de ces fibres DCF (Dispersion Compensation Fiber) existent avec des

caractéristiques assez variées. Une étude a donc été menée, avec

COMSIS, pour déterminer le meilleur couple de fibres optiques. Deux conditions devaient être

respectées pour former ces couples : une dispersion chromatique cumulée nulle et une atténuation

cumulée du signal égale à 0.25 Db/km. Ces conditions ont permis de fixer les longueurs des fibres

de chaque couple.

106

Paramètres système de la

fibre

monomode compensation (DCF)

Longueur (km) 53 11.25

Coefficient d’atténuation

(dB/km)

0.25 0.6

Dispersion chromatique

(ps/nm/km)

17 - 80

Effet Kerr oui oui

Effet Raman non non

Coefficient du non linéarité

de la fibre (m2/W)

3.2 e-20 3.2 e-20

Air effective de la section de

la fibre (micro m2)

80 80

Type de discrétisation de la

longueur

fixe fixe

Valeur du pas (km) 1 1

Retard introduit par la fibre 0 0

Tableau 4.01: Caractéristiques des fibres utilisées

107

Figure 4.45 : Simulation de la DCF associé à la fibre monomode

Figure 4.46 : Synoptique de la liaison précédente associée à une DCF

Attribuons à d1, la valeur de dispersion chromatique de la DCF, – 80 ps

d = 17 et d1 = - 80

a. Résultats

Figure 4.47 : Sortie driver et entrée émise

108

Figure 4.48 : Sortie modulateur et sortie fibre monomode

Figure 4.49 : Sortie DCF et sortie amplificateur

109


Figure 4.51 : Comparaison du train de bits émise et reçu pour d = 17 et d1 = - 80

b. Interprétation

La valeur de la dispersion chromatique de la fibre monomode resta inchangé c’est-à-dire d = 17

ps. Nous avons ensuite ajouté une ligne de fibre de 11.25 km de longueur ayant une dispersion

chromatique négative avec d1 = - 80. Nous avons simulé ce montage et avons vu un résultat

satisfaisant. Le train de bits reçu est similaire au train de bits émis. Le logiciel de simulation

confirme que la DCF joue un rôle très important dans la compensation de la dispersion de la fibre

monomode.

4.4 Conclusion

Ce chapitre a présenté le logiciel de simulation utilisé (COMSIS) en détaillant ses fonctionnalités,

et les critères de performances disponibles. La méthodologie retenue dans le cadre de ce travail

consiste en l’optimisation des signaux endommagés durant sa transmission de l’émetteur vers le

récepteur. Nous avons modélisé le schéma synoptique de la liaison à étudier. Ensuite, attribué

110

pour chaque composant optique des paramètres particuliers suite à des études. Dans la partie

transmission, l’étude s’est basée sur l’utilisation d’une fibre monomode avec une dispersion

chromatique nulle. Nous avons ensuite constaté que l’allure du signal resta le même depuis

l’émetteur jusqu’au récepteur. Ensuite, nous avons attribué à la dispersion chromatique de cette

même fibre sa valeur particulière. Après la simulation, nous avons vu que le signal a été

endommagé. La solution qui a été adopté est alors l’utilisation d’une fibre de compensation

appelée DCF ayant une dispersion chromatique négative. Une ligne DCF a été alors ajoutée et

suite à la simulation, voilà que l’allure du train de bits émise est similaire au train de bits reçu.

Nous pouvons conclure que la DCF joue un rôle très important dans le maintien du comportement

et de l’état du train de bits tout le long de la transmission depuis l’émetteur jusqu’au récepteur.

111

Conclusion générale

Les fibres optiques sont des supports de transmission importants parmi tant d’autres grâce aux

débits d’informations de plus en plus élevés qu’elles présentent. Des efforts considérables sont

nécessaires à fournir pour le développement de la fibre optique permettant d’avoir le minimum de

perte et de dispersion. Le développement de la fibre optique nécessite la maîtrise de ses aspects

théoriques mais aussi des méthodes de mesures. En effet, les méthodes de mesure peuvent être

utilisées à la fabrication, au câblage et même à l’installation. Les fibres monomodes sont plus

utilisées dans la télécommunication grâce aux innombrables avantages qu’elles présentent par

rapport aux fibres multimodes.

Ce mémoire nous a permis de voir une brève généralité sur la fibre optique, la mode de

propagation de lumière, ses caractéristiques et ses particularités.

L’étude de la dispersion chromatique dans la fibre de verre monomode nous a permis de savoir

que cet effet de dispersion constitue un problème majeur de la qualité du signal à transmettre. Ce

travail nous a permis de savoir que ce phénomène de dispersion est dû à deux effets qui sont la

dispersion de matériaux, causé par une interaction se produisant entre un rayonnement de la

lumière et des électrons libres du milieu qui contraint les électrons à osciller à la fréquence du

champ, et aussi la dispersion du guide s’expliquant par la réflexion totale de la lumière à

l’interface cœur-gaine, ainsi la lumière resta confinée dans le cœur. Nous avons alors pu adopter

une solution favorable face à ces problèmes. Nous avons dans un premier temps étudié les

différentes solutions face à la dispersion chromatique en particulier la Dispersion Compensation

Fiber. Cette ligne de fibre a la particularité de compenser la dispersion chromatique présente dans

la fibre G652 monomode utilisé à Madagascar. Pour prouver la cohérence de cette solution

adoptée, nous avons pu faire une simulation en utilisant un logiciel de simulation qui est COMSIS.

Dans un premier temps, nous avons modélisé le synoptique du réseau par l’utilisation d’une fibre

monomode G652 comme support de transmission sur une distance de 50 km. Nous avons ensuite

attribué une valeur nulle à la dispersion de cette fibre pour voir l’allure et le comportement du

signal reçu. Après le lancement de la simulation, le train du signal émis est conforme au train du

signal au récepteur. Cela a été vérifié pour savoir la fiabilité du logiciel de simulation. Ensuite

nous avons attribué à la dispersion chromatique sa valeur particulière qui est de 17 ps/nm/km.

Après simulation, le signal reçu a été fortement dégradé. Nous avons ensuite associé 11.25 km de

112

ligne DCF à ce même synoptique en attribuant la valeur de la dispersion de cette ligne de fibre

qui est de -80 ps/nm/km. Après simulation, nous avons vu que le train de bits reçu est conforme et

similaire au train de bits envoyé. La ligne de fibre DCF a donc une forte capacité de compenser la

dispersion chromatique d’une fibre monomode G652 et très utile pour la transmission des

informations sur longue distance. Elle assure un débit favorable et élevé nous aidant à maîtriser le

développement de la fibre et son utilisation dans les liaisons des télécommunications afin de

répondre aux exigences de l’information de ce siècle.

113

BIBLIOGRAPHIES

[1] N.S. Kapany, « Fiber Optics : Principles and Applications », New York Academic

Press, pages 429, 1967

[2] A. Katzir, « Lasers and Optical Fibers in Medicine », San Diego, Academic Press,

pages 317, 1993

[3] T.H. Maiman, « Stimulated optical radiation in ruby ». Nature London, pages 493-

494, 1987

[4] J.P. Nérou, « Les fibres optiques : introduction aux télécommunications par fibre

optique », Éditions le Griffon d'argile, pages 262, 1983.

[5] K.C. Kao, G.A. Hockham, « Dielectric fiber surface waveguides for optical

frequencies ». Proc. IEE, pages 1151-1158,1966

[6] A. Werts, « Propagation de la lumière cohérente dans les fibres optiques », L’Onde

Electrique, pages 967-998, 1966

[7] F. Gerome, « Conception et caractérisation de fibres compensatrices de dispersion

chromatique pour application aux liaisons optiques WDM », Thèse pour obtenir le

grade de docteur de l’université de Limoges , 04 Novembre 2005

[8] D. L. Seynabou, « Transmission radio haut débit multiservices sur fibres optiques.

Application _à l'optimisation de la capacité multi-utilisateurs en emprises de

transport », 29 Jun 2012

[9] C. blaise « Comprendre la fibre optique», Février 2016

[10] G. Rimal, « Transmissions des télécommunications » Cours B11 – Partie 2 -Chapitre

114

5, Février 2016

[11] M. Morvan, « Caractéristiques du canal optique de transmission », Séminaire

communications numériques, 2 avril 2009

[12] F. Gerdou, « La fibre optique », Février 2016

[13] J. Laurent, « communication optique à très haut débits », examen probatoire, 3

décembre 2004

[14] R. Salvador, « Câble sous-marins à fibres optiques », E7 555, 2000

[15] A. Legrand, « étude des amplificateurs paramétriques à fibre optique pour leur

utilisation dans les systèmes de transmission optiques haut débit multiplexées en

longueur », 20 septembre 2005

[16] A. Cozannet , J. Fleuret, M.Rousseau, « Optique et Télécommunications », Eyrolles

Paris, 1981.

[17] J. Laurent, « Communications optiques à très haut débit », Examen probatoire,

Dép.STIC Conservatoire National des Arts et Metiers de Paris, 3 Décembre. 2004.

[18] F. Weil , « Optique moderne », Ellipses Paris, 2006

[19] P. Rioux, Y. Dion, V. François, « Technologie WDM », Mars 2013

[20] N. Segura, J.Thevenard, F. Vazquez, « Filtrage et démultiplexage en longueur

d’onde », Ecole Nationale Supérieure Des Télécommunications de Bretagne,

novembre 2003

[21] J. Maury, « Étude et caractérisation d’une fibre optique amplificatrice et

compensatrice de dispersion chromatique », thèse du 26 novembre 2003

115

[22] D. Breuer, F. Kuppers, A. Mattheus, Shapiro, Gabitov, S.K. Turitsyn, « Symmetrical

dispersion compensation for standard monomodefiber-based communication systems

with large amplifier spacing », Optics Letters, 1997

[23] D.M. Pepper, « Applications of optical phase conjugation », Scientific American,

pages 254, 1986

[24] V.V. Shkunov, B.Y. Zel’dovich. « Optical phase conjugation », Scientific American,

pages 54, 1985

[25] B. Zhu, A.Knudsen, S.N. Nelson, L.E. Peckham, D.W. Pedersen, M. Stulz, « 800Gbit/s

WDM transmission over 5200km of fibre employing 100km dispersion-managed spans

», Electronics Letters, Vol.37, 2001

[26] C. LE BRUN, « Développement de la nouvelle bibliothèque de composants optiques

de COMSIS », Thèse de doctorat de l’Institut National des Sciences Appliquées de

Rennes, Octobre 1999

[27] IPSIS «Manuel d’utilisation du logiciel COMSIS», février 2016

116

ANNEXES

A1. Le régime transitoire

Dans les systèmes de télécommunications numériques par fibre optique, la modulation est

constituée de signaux binaires pour lesquels la puissance optique, et donc le courant de

polarisation, doivent commuter brusquement entre un niveau bas et un niveau haut. De ce fait, la

compréhension de la réponse transitoire est particulièrement importante.

Lorsqu’un laser à semi-conducteur est soumis à un échelon de courant, l’émission de la lumière

suit l’envoi du courant avec un retard qui peut aller jusqu’à quelques nanosecondes si le courant

part de zéro. La réponse du laser n’est donc pas instantanée. En effet, ce retard correspond au

temps nécessaire pour que la concentration de porteurs atteigne sa valeur seuil et donc pour que

l’émission stimulée soit prépondérante sur l’émission spontanée. Cette valeur sera atteinte d’autant

plus rapidement que le flux de porteurs injectés et donc que le courant injecté est important. Le

retard dépend donc directement du courant d’alimentation du laser

Figure A1.1 : Réponse de la densité de photons

Figure A1.2 : Réponse de la densité de porteurs

117

Figure A1.3 : Réponse à un échelon de courant

Ce retard est suivi des oscillations de relaxation vu précédemment. Tout comme le paramètre τ, le

paramètre d’amortissement β dépend de la valeur du courant injecté dans le laser. La durée

d’oscillations est d’autant plus longue et néfaste si le courant est faible et proche du seuil

Figure A1.4 : Temps de réponse du générateur de courant et du laser selon l’amplitude du courant

Ces deux paramètres du laser exigent une durée suffisamment importante de l’impulsion pour

qu’elle se stabilise à la valeur souhaitée et donc un débit limité.

118

FICHE DE RENSEIGNEMENTS

Nom : MANERAELSON

Prénom : Hery Zo

Adresse : Lot ITP 16B Antsavatsava Itaosy Antananarivo 102

Madagascar

Téléphone : 0 34 66 301 23 / 0 32 56 679 60

e-mail : [email protected]

Titre du mémoire : Dispersion Compensation Fiber, solution de la dispersion chromatique

d’une liaison optique longue distance sur fibre monomode G.652 à Madagascar

Nombres de pages : 118

Nombres de tableaux : 11

Nombres de figures : 128

Mots-clés : fibre optique, réseau optique, signal, WDM, dispersion chromatique, compensation

Directeur de mémoire : RAVONIMANANTSOA Ndaohialy Manda Vy

e-mail : [email protected]

Téléphone : 0 34 11 358 00 / 0 33 12 358 00

mailto:[email protected]

RESUME

Le principal problème sur une transmission optique réside sur la dispersion chromatique

de la fibre. Ce mémoire de fin d’études se base sur l’étude de ce phénomène qui, sur une liaison

optique sur une distance de 50km, dégrade le signal. La solution adoptée est donc l’utilisation

en associant une fibre appelée DCF ayant une dispersion négative à la liaison précédente, une

ligne de fibre qui a comme fonction de compenser la dispersion chromatique présente dans la

fibre optique utilisée.

Mots-clés : fibre optique, réseau optique, signal, WDM, dispersion chromatique, compensation

ABSTRACT

The most problem with optical transmission is the chromatic dispersion of the fiber.

This dissertation is based on, the study of this phenomen on an optical link over 50 km of

distance, the signal degrades. So the solution adopted is using a DCF. DCF, having a negative

dispersion, is associative with previous link, a line fiber wich has the function of compensating

the chromatic dispersion present in the optical fiber used.

Keywords : optical fiber, optical network, signal, WDM, chromatic dispersion, compensation

dispersion compensation fiber, solution de la dispersion

Documents