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La fibre optique 21 Mars 2013 David CARRIN

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Page 1: La fibre optique 21 Mars 2013 David CARRIN. SOMMAIRE Introduction à la fibre optique Quelques notions doptique Principe dune transmission par fibre optique

La fibre optique

21 Mars 2013David CARRIN

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SOMMAIRE

Introduction à la fibre optique Quelques notions d’optique

Principe d’une transmission par fibre optique

Le raccordement optique

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Introduction à la fibre optique

Les télécommunications modernes font largement appel aux Les télécommunications modernes font largement appel aux fibres optiques car celles-ci présentent de très grands fibres optiques car celles-ci présentent de très grands avantages par rapport aux câbles en cuivre:avantages par rapport aux câbles en cuivre:– Faible atténuationFaible atténuation– LégèretéLégèreté– Grande bande passanteGrande bande passante– SécuritéSécurité– Guide insensible aux rayonnementsGuide insensible aux rayonnements

Les inconvénients résident surtout dans le domaine de la Les inconvénients résident surtout dans le domaine de la fragilité et du coût.fragilité et du coût.

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Introduction à la fibre optique

Il existe deux types de fibre optique:

– La fibre monomode– La fibre multimode

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Introduction à la fibre optique

FIBRE MULTIMODE

Guide d’onde optique dans lequel la lumière voyage en modes multiples. Le rapport typique des dimensions coeur/gaine (mesurée en microns) d’une telle fibre est de 62,5/125 ou 50/125.

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Introduction à la fibre optique

Fibre MONOMODEFibre optique avec un coeur de faible diamètre (habituellement 9 μm) dans laquelle un seul mode, le mode fondamental, peut se propager. Ce type de fibre est particulièrement adapté aux transmission à large bande sur grandes distances puisque sa bande passante n’est limitée que par la dispersion chromatique.

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Introduction à la fibre optique

Fibre à saut d’indiceFibre à saut d’indiceFibre à saut ou à gradient Fibre à saut ou à gradient d’indiced’indice

Bande passante > 1GhzBande passante > 1GhzBande passante < 1GhzBande passante < 1Ghz

cœur < 10 cœur < 10 μmμm cœur = 50cœur = 50, 62,5 ou 100 μm, 62,5 ou 100 μm

Fibre monomodeFibre monomodeFibre multimodeFibre multimode

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Introduction à la fibre optique

Structure d’une fibre nue:

Elle est composée de 2 parties concentriques distinctes

250 μm250 μm

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Introduction à la fibre optique

Structure d’une fibre nue:Elle est composée de 2 parties concentriques distinctes:

Une partie optique qui canalise et propage la lumière

partie partie optiqueoptique

125 μm125 μm

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Introduction à la fibre optique

Structure d’une fibre nue:Elle est composée de 2 parties concentriques distinctes:

Une couche de protection mécanique appelée revêtement primaire (coating) sans fonction de propagation

250 μm250 μm

revêtement revêtement de de

protectionprotection

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Introduction à la fibre optique

La partie optique, qui propage la lumière, est constituée La partie optique, qui propage la lumière, est constituée de deux couches concentriques indissociables:de deux couches concentriques indissociables:

-Le coeur optique (-Le coeur optique (CoreCore) composé de silice ) composé de silice dans lequel se propagent les ondes optiques.dans lequel se propagent les ondes optiques.

- La gaine optique (- La gaine optique (CladdingCladding) composée en ) composée en général du même matériau que le coeur mais dopée général du même matériau que le coeur mais dopée différemment. Elle confine les ondes optiques dans le différemment. Elle confine les ondes optiques dans le cœur.cœur.

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Introduction à la fibre optique

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Quelques notions d’optique

L’indice absolu d’un milieu L’indice absolu d’un milieu (généralement noté n)(généralement noté n) est le rapport est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la

lumière dans le milieu considéré.lumière dans le milieu considéré.

considérématériauledansondeldevitesse

videledansondeldevitessen

'

'

matériau indice vitesse en km/s

vide 1,000 300000

air 1,0002926 299912

eau(20°C) 1,330 225564

verre au plomb 1,900 157895

Diamant 2,400 125000

cœur fibre 62,5/125 1,500 200000

Plus la valeur de l’indice est élevée et plus la vitesse de l’onde est faible.Plus la valeur de l’indice est élevée et plus la vitesse de l’onde est faible.

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Quelques notions d’optique

Fréquence (f en Hz):Fréquence (f en Hz): nombre de vibrations par unité nombre de vibrations par unité

de temps dans un phénomène périodique.de temps dans un phénomène périodique.

f(t)=Sin(t)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

t en seconde

Période T = 6,28 sPériode T = 6,28 s

f = 1/T = 0,159 Hzf = 1/T = 0,159 Hz

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Quelques notions d’optique

Longueur d’onde (λ en m): distance entre deux points consécutifs de Longueur d’onde (λ en m): distance entre deux points consécutifs de même phase d’un mouvement ondulatoire qui se propage en ligne même phase d’un mouvement ondulatoire qui se propage en ligne droite.droite.

f(x)=Sin(x)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

x en métre

λ = 6,28λ = 6,28 mm

La longueur d’onde est généralement exprimée en nm. La longueur d’onde est généralement exprimée en nm.

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Quelques notions d’optique

Relation entre la fréquence et la longueur d’onde:Relation entre la fréquence et la longueur d’onde:

λ=v/fλ=v/f

λλ est la longueur d’onde en mètres est la longueur d’onde en mètres vv est la vitesse de l’onde dans le milieu considéré est la vitesse de l’onde dans le milieu considéré ff est la fréquence de l’onde en Hz ou s-1 est la fréquence de l’onde en Hz ou s-1

Dans un milieu donné, toute onde lumineuse se caractérise Dans un milieu donné, toute onde lumineuse se caractérise indifféremment par sa fréquence ou sa longueur d’onde.indifféremment par sa fréquence ou sa longueur d’onde.

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Quelques notions d’optique

Longueurs d’onde utilisées pour la fibre optique Longueurs d’onde utilisées pour la fibre optique (situées dans l’invisible) (situées dans l’invisible)

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Quelques notions d’optique

Spectre utilisé dans le cadre de la transmission par fibre Spectre utilisé dans le cadre de la transmission par fibre

optiqueoptique

spectre visible450 750 infrarouge

650550

Fibre en plastique

850

I fenêtre: systèmes multimodes

II fenêtre systèmes multimodes et monomodes

III fenêtre systèmes monomodes

1300 1550

longueur d’onde (nm)

IV fenêtre IV fenêtre systèmes systèmes

monomodemonomodess

16216255

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Quelques notions d’optique

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Quelques notions d’optique

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Quelques notions d’optique

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Quelques notions d’optique

La bande passante:La bande passante:

C’est la capacité de transmission de la fibre optique. Elle est C’est la capacité de transmission de la fibre optique. Elle est limitée par les phénomènes de limitée par les phénomènes de dispersiondispersion..

Les valeurs typiques de bande passante pour une fibre de 1 km Les valeurs typiques de bande passante pour une fibre de 1 km sont:sont:

> 10 GHz> 10 GHzQuelques GHzQuelques GHz100 MHz100 MHz

Fibre Fibre monomode à monomode à saut d’indicesaut d’indice

Fibre Fibre multimode à multimode à

gradient gradient d’indiced’indice

Fibre Fibre multimode à multimode à saut d’indicesaut d’indice

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Quelques notions d’optique

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Quelques notions d’optique

Les classes de fibre

La fibre OM1La fibre OM1 La fibre OM1 correspond à une fibre 62,5/125 µm La fibre OM1 correspond à une fibre 62,5/125 µm « courante ».« courante ».

La fibre OM2La fibre OM2 La fibre OM2 stipule une bande passante de 500 La fibre OM2 stipule une bande passante de 500

MHz.km dans les deux fenêtres 850nm et MHz.km dans les deux fenêtres 850nm et 1300nm. Les fibres 50/125 µm « courantes » 1300nm. Les fibres 50/125 µm « courantes » répondent à cette spécification (et la répondent à cette spécification (et la dépassent).dépassent).

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Quelques notions d’optique

La fibre OM3La fibre OM3 est définie pour couvrir les besoins des futures est définie pour couvrir les besoins des futures

liaisons à 10 Gbit/s. Cette spécification de fibre liaisons à 10 Gbit/s. Cette spécification de fibre vise à atteindre ce débit sur des distances de 300 vise à atteindre ce débit sur des distances de 300 m à 850 nm. La fibre OM3 stipule une bande m à 850 nm. La fibre OM3 stipule une bande passante de 1500 MHz.km dans la fenêtre 850 nm passante de 1500 MHz.km dans la fenêtre 850 nm et des caractéristiques de bande passante et des caractéristiques de bande passante mesurées avec un émetteur à diodes laser (fibre mesurées avec un émetteur à diodes laser (fibre 50/125µm)50/125µm)

La fibre OS1La fibre OS1Permet de transmettre le 10Gb/s sur 2 à 10 km.

C’est la fibre G652 la plus couramment utilisée dans les réseaux de télécommunications.

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Quelques notions d’optique

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Quelques notions d’optique

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Le raccordement optique

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Principe d’une transmission par fibre optique

..

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Principe d’une transmission par fibre optique

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Principe d’une transmission par fibre optique

Les récepteurs

Les détecteurs de lumière utilisés en transmission optique sont Les détecteurs de lumière utilisés en transmission optique sont des photodiodes à semi-conducteur. Il existe sur le marché des photodiodes à semi-conducteur. Il existe sur le marché essentiellement deux types de composantsessentiellement deux types de composants

La photodiode PINLa photodiode PIN La photodiode à avalanche (utilisé pour de faibles niveaux de La photodiode à avalanche (utilisé pour de faibles niveaux de

réception).réception).

Ces deux composants transforment une énergie lumineuse en une Ces deux composants transforment une énergie lumineuse en une énergie électrique.énergie électrique.

Les diodes PIN sont les plus populaires et les moins coûteuses Les diodes PIN sont les plus populaires et les moins coûteuses alors que les diodes à avalanches sont les plus performantes.alors que les diodes à avalanches sont les plus performantes.

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Principe d’une transmission par fibre optique

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Principe d’une transmission par fibre optique

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Le raccordement optique

Le raccordement optique permet de mettre bout Le raccordement optique permet de mettre bout à bout deux fibres afin d’assurer le passage de la à bout deux fibres afin d’assurer le passage de la lumière avec un minimum de pertes.lumière avec un minimum de pertes.

On les caractérise par deux principaux critères:On les caractérise par deux principaux critères: – Perte d’insertion – Réflectance

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Le raccordement optique

Problèmes liés au raccordement de deux fibresProblèmes liés au raccordement de deux fibres Non alignement des axes de 2 fibres Ecartement de 2 faces optiques Mésalignement angulaire des 2 axes de fibres

Suivant la norme NF EN 188100, les fabricants de fibre se Suivant la norme NF EN 188100, les fabricants de fibre se doivent de respecter les tolérances suivantes:doivent de respecter les tolérances suivantes:

Diamètre du cœur 9,05 ± 0,50 µmDiamètre du cœur 9,05 ± 0,50 µm Diamètre de gaine optique 125 ± 2 µmDiamètre de gaine optique 125 ± 2 µm Concentricité cœur/gaine <0,6 µmConcentricité cœur/gaine <0,6 µm

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

La réflectance La réflectance est une grandeur permettant de caractériser le coefficient est une grandeur permettant de caractériser le coefficient d’un élément optique réfléchissant.d’un élément optique réfléchissant.On la définit comme le rapport entre la puissance réfléchie On la définit comme le rapport entre la puissance réfléchie par l’élément sur la puissance incidente.par l’élément sur la puissance incidente.

Non contrôlées, les réflexions peuvent dégrader les Non contrôlées, les réflexions peuvent dégrader les performances du système en perturbant le fonctionnement performances du système en perturbant le fonctionnement de l’émetteur laser, créer des perturbations sur du signal de l’émetteur laser, créer des perturbations sur du signal analogique ou générer du bruit sur le récepteur (surtout analogique ou générer du bruit sur le récepteur (surtout dans le cas d’une transmission par fibre monomode)dans le cas d’une transmission par fibre monomode)

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Le raccordement optique

Les pertes de Fresnel:

Elles sont également appelées pertes par réflexion ou Elles sont également appelées pertes par réflexion ou return lossreturn loss

DioptresDioptres

Énergie Énergie réfléchieréfléchie

Énergie Énergie transmisetransmise

nngainegaine

nncoeurcoeur

nnairair

Les réflexions sont dues aux discontinuités d’indice de réfractionLes réflexions sont dues aux discontinuités d’indice de réfraction

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

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Le raccordement optique

Les connecteurs

Il existe plusieurs types de connecteurs:Il existe plusieurs types de connecteurs:

-SC

-ST

-LC

-MTRJ

-VF-45

-etc…….

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Questions diverses

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