formation fibre optique

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Plan du cours 1 Gnralits sur l'optique Notions lmentaires sur la F.O. Le Bilan de Liaison 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique Plan du cours 2 Gnralits sur l'optique Notions lmentaires sur la F.O. Le Bilan de Liaison 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique Objectifs 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 3 Pourquoi la fibre Optique ? Des transmissions multiservices toujours croissantes L'avnement du rseau "tout optique" pour remplacer les rseaux numriques dploys (PDH vers 1980 puis SDH ds 1990) L'atout de la lumire guide L'immunit aux interfrences externes Comparaison avec les autres mdia 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 4 Paires torsades Cble coaxial Fibre optique CotBasMoyen Assez lev Bande passanteMoyenneLargeTrs large Longueur maximaleMoyenneEleveEleve Immunit aux interfrences Basse moyenne Moyenne leve Trs leve Facilit de connexionSimpleVariableDifficile Facilit d'installationVariableVariableDifficile FiabilitBonneBonne Trs bonne Spectre disponible 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 5 La quantit d'informations susceptible d'tre transporte est proportionnelle la frquence de l'onde porteuse : Lm = Cm/s / FHzavec C = 3 108

VLF( Very Low Frequency ) de 3 30 kHzde 10 100 km LF( Low Frequency )de 30 300 kHzde 1 10 km MF ( Medium Frequency )de 300 3000 kHzde 100 1000 m HF ( High Frequency )de 3 30 MHzde 10 100 m VHF ( Very High Frequency )de 30 300 MHz de 1 10 m UHF( Ultra High Frequency )de 300 3000 MHzde 1 10 dm SHF( Super High Frequency )de 3 30 GHzde 1 10 cm EHF( Extra High Frequency )de 30 300 GHzde 1 10 mm Lumire infra-rouge de 100 1,6 m Lumire visiblede 1,55 0,8 m Spectre disponible 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 6 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmm F.V.Infra-rougeU.V. Spectre disponible 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 7 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmm F.V.Infra-rouge Mode de propagation Onde de sol Rflexion ionosphrique Rfraction troposphrique Dispersion troposphrique Visibilit directe U.V. Spectre disponible 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 8 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmm F.V.Infra-rouge Radiodiffusion sonore Ondes longues (OL) 150 285 kHz Tlvision (bande I, III, IV et V) Ondes moyennes (OM) 0,525 1,6 MHz Ondes courtes (OC) 4 26 MHz Ondes ultra-courtes (OUC) 87,5 108 MHz Radiodiffusion visuelle 41/68, 174/216, 470/605, 606/960 MHz U.V. Spectre disponible 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 9 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmm F.V.Infra-rouge Systmes de tlcommunications Radio communications mobiles 80, 160 et 460 MHz Faisceaux hertziens (FH) 0,25 22 GHz Satellites 3 30 GHz Tlgraphie et tlphonie par ondes courtes 1,6 30 MHz U.V. 3 longueurs donde utilises en communications optiques Lumire visible Infra-Rouge Ultra-Violet Longueurs d'onde utilises 800 nm 1300 nm1550 nm F = c / 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 10 Concepts de l'optique 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 11 Optique "gomtrique" Rayons lumineux rectilignes utiliss pour la description des instruments optiques classiques (lentilles, lunettes,) Optique "ondulatoire" Les rayons peuvent tre perus comme des ondes lectromagntique qui se propagent. Vitesse de propagation 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 12 Vitesse de propagation de la lumire dans le vide :C = 300 000 km/s (Clrit) La vitesse de propagation de la lumire dans un milieu est : Vitesse de propagation = C / n ( n = indice de rfraction ) Les principaux indices de rfraction sont : 1pour le vide 1,003pour l'air 1,3 pour l'eau 1,5 pour le verre 2pour le diamant L'indice absolu n1 d'un milieu est le rapport entre la vitesse de la lumire dans le vide et la vitesse de la lumire dans le milieu considr. 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 13 Indice optique d'un milieu Vitesse de la lumire : c = 299792,5 km/s 1 1 c c n = Thormes optiques 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 14 La rflexion La rfraction La diffusion L'absorption La diffractionLa Rflexion 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 15 La rflexion est le renvoi de la lumire par la surface qui la reoit : Le rayon rflchi est dans le plan d'incidence L'angle de rflexion est gal l'angle d'incidence N n1 n2 Rayon rflchi Rayon incident ii' 1re loi de Descartes 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 16 La Rflexion La Rfraction 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 17 La rfraction est la dviation subie par les rayons lumineux la traverse de la surface sparant deux milieux transparents : Le rayon rfract se trouve dans le plan d'incidence L'angle de rfraction suit la loi : n1 sin i = n2 sin r Rayon incident 2me loi de Descartes N n1 n2 Rayon rfract i r i r n n 2 1 > >Rflexion & Rfraction 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 18 Rayon incident N n1 n2 Rayon rflchi ||.|

\|=21arcsinnnoi n1 > n2

i = o = angle limite de rfraction i > o (effet miroir) o Rayon rfract L'absorption 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 19 Partie de l'nergie lumineuse qui est absorbe par certains lments. Elle est transforme en une autre forme d"nergie : Vibrations molculaires Rayonnement stimul La diffusion 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 20 La diffusion est le renvoi de la lumire dans toutes les directions par le milieu qu'elle frappe. R La diffraction 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 21 La diffraction est l'parpillement d'un rayon lumineux traversant une ouverture de faible diamtre sur une surface finement strie. thorique rel 22 Gnralits sur l'optique Notions lmentaires sur la F.O. Le Bilan de Liaison 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique Supports physiques de transmission EMETTEUR CANAL OU LIGNE RECEPTEUR Un lment de transport apparent, par exemple un cble ou un guide donde Ilssontclasssendiversescatgoriesenfonctiondeleursmatriaux constituants et de leurs formes. Gnralement,chaquesupportcorrespondunmodedepropagationet une tendue de frquence, on dit quil est adapt une gamme de frquence. 19/04/2012 23 Formation Thorique en Fibre Optique Mode dexploitation des lignes Simplex : la lignenest utilise que dans un seul sens de transmission Semi duplex ou half duplex : la ligne autorise la passage des signaux dans les deux sens mais pas simultanment. Danscetypedutilisation,ilfautprvoirachaquemodificationdusens de transmission des temps de silence, dits temps de retournement . Duplex intgral ou full duplex : la ligne autorise le passage des signaux dans les deux sens simultanment. 19/04/2012 24 Formation Thorique en Fibre Optique Lesfibresoptiquessontnon-conducteursdellectricitetnirradientpas de lnergie ;Cesontdesguidespourdesondeslectromagntiquesdefrquencestrs leves, dont certaines sont dans le spectre visible. Leurs principales proprits sont: Grande capacit Indiffrenceauxrayonnementsouparasiteslectromagntiquesdetous genres. Immunitauxdiaphoniescausesparinductionmagntiqueentre cbles voisins ; Immunitauxinterfrencesstatiquescausesparallumage,moteurs lectriques, lumires fluorescentes et autres sources de bruit lectrique ; Plusrsistanteslenvironnementetsontmoinsinfectesparlesliquides solvants, les gaz corrosifs, ou autres produits contaminant ; Faciles installer et maintenirScurises ; 19/04/2012 25 Formation Thorique en Fibre Optique La technologie de la fibre optique bnficie des capacits potentielles: Une largeur de bande norme, Une faible attnuation du signal (en dessous de 0,2dB/km), Une faible dformation du signal, Une faible alimentation lectrique, Un petit espace requis Un prix rduit19/04/2012 26 Formation Thorique en Fibre Optique Gaine mcanique 250 m Gaine optique (n2) 125 m Coeur (n1>n2) Fibres multimode 20 100mFibres monomode < 10 mm 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 27 Structure d'une fibre optique Lamassed'unefibreoptiqueestd'environ1/10edelamassed'uncble coaxiald'galeperformancepourlesfibresoptiquesactuelleslesmoins performantes. Leregroupementdeplusieursfibresconstitueuncbleoptique.Pourdes besoinsdinstallation,onajouteunlmentquirenforcelecblefibre optique Structure d'une fibre optique 19/04/2012 28 Formation Thorique en Fibre Optique Ladfinitiond'unefibreoptiques'appuiesurlalongueurd'ondedusignal lectromagntique qu'elle peut transporter. La longueur d'onde () est donne par le rapport de la vitesse de la lumire (en km/s) par la frquence: = c/f = 300000km/f Lesfibresoptiquessontgnralementutilisesdansl'infrarougeproche, soitunelongueurd'ondedel'ordredum.Lespertesrelatives(dB/km) enfonctiondelalongueurd'ondemontrentunminimumautourde =1550nm;etcettelongueurd'ondepermetaussidesfibresfaible dispersion. Structure d'une fibre optique 19/04/2012 29 Formation Thorique en Fibre Optique n1 n2 Rayon guid N Rayon rfract Il existe un angle limite dinjection 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 30 Principe du guidage dans une fibre n1 n2 N N 2221max sin 1 n n n ON = = uOuverture numrique Cne dacceptance 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 31 L'injection dans la fibre max uConditions de guidage 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 32 Il existe deux conditions de guidage : n1 > n2 i > o rflexions totales tout au long de la fibre optique On utilise deux types de fibre. 32 10 m < Rayon de cur < 100 m Bande passante limite 1GHz Fibres saut ou gradient dindice Fibre multimode Rayon de cur trs faible Bande passante > 1GHz Fibres saut dindice Fibre monomode La notion de mode 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 33 Issue du caractre ondulatoire de la lumire, l'injection d'une onde lectromagntique dans la fibre optique entrane une dcomposition de l'nergie incidente en sous entits nergtiques ou "mode" qui se propagent diffremment. En multimode l'nergie se rpartie sur plusieurs modes ou chemins possibles. Les chemins tant de longueurs diffrentes, les temps de propagation seront diffrents, ce qui limitera la bande passante. C'est la dispersion modale. Elle est ngligeable en monomode Types de fibre optique 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 34 Trois catgories de fibres optiques: La fibre multimode saut d'indice La fibre multimode gradient d'indice (graded index), La fibre monomode Elles sont constitues: dun cur dindice n1 dune gaine dindice n2 r n 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 35 La fibre multimode saut d'indice La fibre multimode saut d'indice 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 36 Indice de rfraction dans le cur n1 est constant t Pulse mis t talement + attnuation t t n1 n2 Plusieurs modes de propagation 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 37 Propagation de la lumire dans la fibre multimode saut d'indice 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 38 Inconvnient : Divers modes de propagation lumineux. Diversit de chemins pour chaque Longueur dOnde. Diffrents temps de parcours lumineux. Dformation du signal. Propagation de la lumire dans la fibre multimode saut d'indice r n Elles limitent le phnomne dlargissement dimpulsion 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 39 Fibre multimode gradient d'indice L'indice du cur varie suivant une loi parabolique fonction de r 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 40 Fibre multimode gradient d'indice Lindice du cur diminue suivant une loi parabolique depuis laxe jusqu linterface cur-gaine. La diminution de l'indice fait que la lumire se propage plus vite, ce qui rduit la dispersion intermodale. t Attnuation Etalement moins important t t Pulse mis t n1 n2 Plusieurs modes de propagation 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 41 Propagation de la lumire dans la fibre multimode gradient d'indice r n Le diamtre du cur est trs petit m 10 319/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 42 La fibre monomode Elles sont constitues: dun cur dindice n1 dune gaine dindice n2 t Pulse mis t n1 n2 t Faible attnuation Faible talement t 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 43 Propagation de la lumire dans la fibre monomode Un seul mode de propagation 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 44 Avantages:

Un seul mode de propagation lumineux (par le centre de la FO). Diamtre du noyau plus rduit, compris entre 8 et 10 m. Le signal ne se dforme pas Communication longue distance Communication haute vitesse Traitement plus complexe Propagation de la lumire dans la fibre monomode Cest une variable utilise par les technologues, elle est donne par la relation suivante:ON . RV. 2 t = Si V2,405alors la fibre est MULTIMODE 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 45 La frquence normalise (V) Les valeurs typiques de bande passante pour une fibre de 1 km sont: 19/04/2012 Formation Thorique en Fibre Optique 46 Bande passante 100 MHz Multimode saut d'indice quelques GHz Multimode gradient d'indice > 10 GHz Monomode Une partie du signal se perd dans le noyau, malgr la non-existence de rfraction. La mesure est en dcibels par unit de longueur (dB/Km). Les pertes sont causes par divers facteurs, que lon peut ainsi qualifis: Extrinsque Intrinsque Les types de Perte dans la F.O 19/04/2012 47 Formation Thorique en Fibre Optique EXTRINSQUE Pertes par courbure: Dfauts de fabrication. Procdure dinstallation. Elles sont appeles microcourbes, et elles ont des effets sur la longue distance. Pertes par connexion et pissure: Pertes dinsertion des connexions (0,3-1,5dB) pissures mcaniques (0,3-0,2dB). pissures par fusion (