SYSTEMES OPTIQUES T R A N S M I S S I O N P A R F I B R E O P T I Q U E

Transcription

1 SYSTEMES OPTIQUES T R A N S M I S S I O N P A R F I B R E O P T I Q U E Kit fibres optiques La chaîne complète de transmission du signal optique utilise une fibre optique. Elle aborde tous les aspects d un système réel : injection, ouverture numérique, transmission d un signal, bande passante, absorption de la fibre L ensemble peut être utilisé sur bancs optiques ou avec des supports demi-lune. Caractéristiques techniques principales : Source LED HR rouge modulable Emission Conformateur de signaux (Jack 3.5 mm) Bloc d alimentation secteur Source LED HR sur tige avec collimation Transmission Injecteur fibre optique SMA sur tige (x2) Fibre optique 2 m connectorisée SMA (x2) Raccord pour liaison de 2 fibres SMA-SMA Réception Photorécepteur sur tige Conformateur de signaux (Jack 3.5 mm) Bloc d alimentation secteur Connectique Cordon de liaison vers source audio Cordons adaptateurs vers douille 4 mm Kit audio (option) Source audio (radio FM) Enceintes Kit électronique (option) Générateur de fonctions 2 MHz (OIML1644) Oscilloscope numérique Rigol DS modes de transmission du signal 3 types de signaux à transmettre L ensemble est fourni avec une notice pédagogique de mise en œuvre. Kit transmission fibre optique T ,00 TTC Instrumentation électronique T ,00 TTC (Générateur OIML1644 et oscilloscope DS1052) Source audio et enceintes T ,00 TTC 137

2 E T U D E D U N E F I B R E O P T I Q U E T E L E C O M S F I B R E O P T I q u E, O u V E R T u R E N u M E R I q u E, I N J E C T I O N, G R A D I E N T D I N D I C E La plupart des télécommunications et données passent par des systèmes de communication à fibre optique. Cet ensemble consiste à étudier et mesurer les principaux paramètres d une fibre optique réelle, comme l ouverture numérique, l indice, le profil de cœur, son diamètre Il est également possible de réaliser des expériences et mesures d injection, de pertes ou le nombre de modes dans la fibre. Le système aborde également les questions de maintien ou non de la polarisation au cours de la traversée de la fibre. Fourni avec protocole expérimental complet Banc Prismax 2m Supports déplacement latéral Composants 3 objectifs de microscope 3 cavaliers simples porte objet lunettes de sécurité laser (x2) 4 cavaliers avec réglages porte objectif objet micrométrique Sources NdYag Classe III 532 nm support de fibre 2 polariseurs montés Lanterne 12V-75W Fibre gradient d indice Détecteur puissancemètre Ecran blanc quadrillé 20x20 cm Etude d une fibre optique réelle T ,00 TTC T E L E C O M S O P T I Q U E S W D M M u L T I P L E X A G E D E L O N G u E u R D O N D E, C O u P L E u R S, E F F E T E L E C T R O - O P T I q u E Cet ensemble expérimental utilise des composants télécoms réels, comme des coupleurs optiques ou des fibres et connecteurs FC/PC. un signal vidéo module par effet électro-optique une diode laser et est multiplexé avec un signal audio. La transmission est effectuée depuis un lecteur DVD jusqu à un écran. Fourni avec protocole expérimental complet Banc optique magnétique 1 Support pour laser 2 Pieds supports magnétiques 12 Modulateur électro optique (Pockels) (LiNbO3) 1 Polariseur avec monture de précision 2 Alimentation pour cellule de Pockels (AC/DC) 1 Lame quartz quart d onde sur monture 1 Coupleur de fibre achromatique connectorisé 50/50 1 Paire de haut-parleurs 1 Disque de fixation FC/PC 3 Dispositif de réglage horizontal 3 Réseau Paton Hawksley 600 lignes/mm 1 Réglage fin XY avec bague de montage 6 Support de lame/réseau 1 Objectif achromatique 10 x N.A Détecteur amplifié silicium 2 Laser vert compact (532 nm) 3-5 mw non polarisé 1 Radio / Moniteur / lecteur DVD 1 Laser rouge modulable 670 nm / 3 mw 1 Oscilloscope (2x50 MHz, numérique) 1 Alimentation pour diode laser 1 Multimètre numérique 1 Lunettes de protection pour laser vert 2 Lunettes de protection pour laser rouge 2 Ensemble professionnel WDM T ,00 TTC 138

3 INTRODUCTION AUX TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES M u L T I P L E X A G E, F I B R E O P T I q u E, I N J E C T I O N, A T T E N u A T I O N, T R A N S M I S S I O N, F I L T R E S, F F T, D I A P H O N I E Ce TP retrace les points clés d une chaine complète de système de télécommunication optique : son émission (sources modulables à LED), un moyen de transmission (la fibre optique), sa réception (photodiodes) et deux systèmes différents de multiplexage et démultiplexage en longueur d onde (avec réseaux de diffraction et filtres dichroïques). L ensemble complémentaire Spectre et Fibre permet un certain nombre de mesures additionnelles telles que les spectres d émissions des LEDs, les absorptions de filtres optiques ainsi que l étude des propriétés d une fibre : atténuation, pertes, ouverture, bande passante Le complément Instrumentation Electronique permet d exploiter à 100% les possibilités de ce TP et de mesurer la fréquence de coupure et la FFT, d observer les phénomènes de diaphonie Ensemble Multiplexage Optique Complément Spectre et Fibre Complément Electronique Banc magnétique MagMax Détecteur spectrophotomètre usb GBF 20MHz DDS 2 voies jeu de pieds magnétiques spectrovio - sortie SMA Oscillo. 70MHz num. couleur 4 voies montures adaptées Source blanche étalonnée fibrée Cordons BNC (x6) Source LEDs de puiss. bleu-rouge Accessoires kit de 4 fibres 2m SMA connecteurs T (x2) Détecteur 2 Photodiodes BNC kit de 5 connecteurs SMA Composants 3 filtres dichroïques fibre plastique de 10m SMA 1 réseau de diffraction lentilles de collimation Accessoires fibre 2m SMA Ensemble Principal T ,00 TTC Ensembles complémentaires Accessoires additionnels T ,00 TTC Complément instrumentation électronique T ,00 TTC MODELE DE FIBRE OPTIQUE SIMPLE Modèle de guide d onde optique de 200 mm de long sur 20 mm de large. Fourni avec un laser ligne de Classe II à 650 nm et son alimentation. Ces deux composants étant pourvus de semelles magnétiques, ils peuvent être utilisés sur un tableau. Laser et modèle de fibre E ,00 TTC Laser seul E ,00 TTC Modèle de fibre seul E ,00 TTC 139

4 T P A P P A R E I L P H O T O N U M E R I Q U E Le Nikon D3100 est un appareil Réflex numérique pouvant accueillir différents objectifs. Il est intégré dans un TP permettant d étudier toutes les caractéristiques requises par le programme. Avec le matériel complémentaire fourni, le kit permet la réalisation des TP suivants : Netteté, mise au point Grandissement / Grossissement Diaphragme / Temps de pose / ISO Mesure de la profondeur de champ Résolution, cercle de confusion Synthèse d une image en couleurs Capteur Objectifs F (mm) Format Obturation Alimentation Ecran Masse Mires Composants Supports Filtres matriciel 14,1 MPixels / / 35 fixe RAW / JPEG 1/4000 à 30s 2 piles AA (fournies) LCD pixels 460 g résolution, profondeur de champ F+150, F+300, objet d étalonnage à picots (x3), diapositives (x1) Rouge / Vert / Bleu (Paton Hawksley) Banc optique et cavaliers fournis séparément Kit didactique complet Nikon «Appareil Photo numérique STL» M ,00 TTC M I S C R O S C O P E D E T U D E Ce microscope est un modèle standard qui a été équipé et transformé afin de pouvoir en étudier les caractéristiques optiques. Tous les paramètres dimensionnels sont ainsi mesurables et modifiables. L étude et la compréhension du principe du microscope sont basées sur l expérimentation directe d un modèle réel. Caractéristiques techniques : Inclinaison jusqu à 90 Fixation sur tige Ø10mm Distance ocul/obj réglable par tirage sur +/- 3cm de la distance d origine Micromètre mécanique (dist. plateau/obj) Grandissement mesurable avec micromètre objet au 1/100 ème (fourni) Oculaire (x2) standard et micrométrique au 1/10 ème mm Objectif (x3) 2,5x 4x 10x Diaphragme réglable Condenseur réglable Miroir amovible Chambre claire adaptée (en option) Microscope d étude E ,00 TTC 140 Chambre claire pour microscope E ,00 TTC

5 T E L E M E T R I E L A S E R La mesure de distance par procédés optiques peut se faire soit par temps de vol (mesure de temps entre une impulsion et son retour) soit par triangulation. C est cette dernière que nous étudions. un laser génère une ligne. La position de cette ligne est observée par le système Ovisio (ou par une barrette CCD) placée avec un angle par rapport au déplacement de l objet. Nous proposons plusieurs ensembles fonction de votre équipement préexistant. Ensemble sans détecteur ni supports Source Cible Notice Diode laser rouge 650 nm Générateur de ligne laser Ecran pourvu d un quadrillage Complète en français Détecteur au choix Caméra Barrette CCD Ovisio usb avec logiciel usb 16 bits 3648 pixels avec logiciel Ecartement gradué, objectif, support Supports au choix Sans banc Sur banc 4 pieds demi-lune Prismax + 4 cavaliers + 1 pied Ensemble sans détecteur ni supports C ,00 TTC Caméra Ovisio avec filtres C5510PLUS 309,00 TTC Barrette CCD + objectif + supports C ,00 TTC Pieds demi lune 4xB ,60 TTC (les 4) Banc Prismax avec cavaliers + pied B3111+B ,90 TTC (total) ANALYSE DE PROFIL DE SURFACE M E S u R E S A N S C O N T A C T, P R O F I L D E S u R F A C E, A N A L Y S E D u N R E S E A u D E F R A N G E S Cette expérience propose de déterminer le type de surface sans contact. La méthode utilisée (appliquée dans de nombreuses industries) consiste à projeter un réseau de franges et à en analyser la courbure. De ce profil est déterminé le profil de la surface analysée. Banc optique Prismax sur pied (0.5 m) 1 Cavalier optique standard 2 Cavalier à déplacement axial 1 Lentille Biconvexe (diam.80 mm) 2 Objet d étalonnage (diam. 80 mm) 1 Support de lentille 1 Picoprojecteur sur monture orientable 1 Caméra haute définition avec support 1 Logiciel 1 Expériences de profil de surface T ,00 TTC 141

6 E L L I P S O M E T R I E I N D I C E O P T I q u E, M E S u R E D E P A I S S E u R, P O L A R I S A T I O N, I N C E R T I T u D E S L ellipsométrie est une technique optique d analyse de surface, fondée sur le changement d état de polarisation de la lumière, après réflexion sur la surface plane d un échantillon. un ensemble de matériel a été conçu pour vous permettre d introduire le principe et les applications de cette technique de plus en plus utilisée dans le monde de l industrie. Le but du TP proposé est d assembler et régler un ellipsomètre didactique et de réaliser de nombreuses mesures : détermination des constantes optiques (indice de réfraction, indice d absorption ), mesure de l épaisseur de couches minces de différents échantillons. une approche sur les incertitudes et erreurs de mesure est également abordée. Système ellipsomètre de précision Détecteurs détecteur luxmètre Composants polariseur circulaire (x1) polariseur linéaire (x2) Echantillons substrat de silicium lame quart d onde (x1) monocouche silicium Sources laser compact vert (532 nm) 1mW échantillon d Aluminium diode Laser rouge (650 nm) 1mW lame de Verre Logiciel Ellipso (compatible XP/Vista/Seven) Ensemble Ellipsométrie T ,00 TTC H O L O G R A P H I E M O D E L E D E G A S O R E T D E D E N I S Y u k, I N T E R F E R O M E T R I E H O L O G R A P H I q u E, C O N T R A I N T E S M E C A N I q u E S L objectif de ce TP est de réaliser et régler différentes configurations expérimentales permettant l enregistrement et la restitution d hologrammes. D autres notions peuvent être abordées : visualisation et analyse qualitative de contraintes mécaniques par interférométrie holographique, calcul du contraste Banc MagMax 620*495mm Support 2 porte miroir à rég. ang. jeu de pieds magnétiques 2 porte objectif simple Source He-Ne 632,8nm 5mW 2 porte lames minces Composant 30 Plaques holographiques plateau porte objet 2 Miroirs plans ø40 support pour laser 2 Objectifs 60x Autres écran blanc plastique lame séparatrice 75/25 mesureur de puissance 2 Objectifs 20x révélateur + blanchisseur Ensemble Holographie T ,00 TTC 142

7 CONSTRUCTION D UN MONOCHROMATEUR Le monochromateur est le montage qui permet de disperser la lumière avec la meilleure résolution possible. Dans cet ensemble de TP sont étudiés plusieurs types de monochromateurs (Czerny Turner et réseau concave). L étude comprend également la mesure de la dispersion et de la résolution en fonction des composants choisis (ouvertures en entrée et sortie, focales des miroirs, type de réseau ) ainsi que l étalonnage en longueur d onde. Banc Magmax magnétique Composants miroirs concave montés 5 supports simples lentille biconvexe montée 2 cavaliers à réglages verre dépoli Source tungstène 45W à condenseur Réseaux de diffraction à réflexion Lampe spectrale mercure Réseau de diffraction concave Fentes (x2) ouverture symétrique à vernier 1/100 ème Ecrans blanc gradué En option peut être ajouté une barrette CCD pour obtenir la fonction spectromètre et un spectromètre à fibre optique Spectrovio pour analyser les performances du montage en terme de dispersion et de résolution. Ensemble monochromateur T ,00 TTC Capteur CCD linéaire usb C ,00 TTC Spectromètre à fibre optique C ,00 TTC BANC D INTRODUCTION A LA FTM La caractérisation des systèmes optiques passe par la mesure de la capacité de ces systèmes à distinguer avec suffisamment de contraste de petits détails. La FTM (fonction de transfert de modulation) est le résultat de cette caractérisation. Sur ce TP, un montage optique est soumis à des mires de plus en plus fines. On relève le contraste donné par ces mires au niveau de l image. La fonction de transfert est relevée. Le TP introduit également la méthode impulsionnelle : le système est soumis d un coup à toutes les fréquences (fente «infiniment» fine). La transformée de Fourier de la réponse est directement la fonction de transfert du système. Expérience FTM T ,00 TTC Banc Prismax 2m Source 12V 45W 2 cavaliers simples Composants Lentilles de test 2 cavaliers à réglages Lentille achromatique Monture Montures pour composants D40 mm Diaphragme à iris Détection Caméra numérique usb avec logiciel Ovisio et logiciel conseillé ImageJ à télécharger Collimateur Collimateur à fente réglable et avec mires de pas variable 143

8 EFFET POCKELS, MODULATION ELECTRO-OPTIQUE L effet dit «Pockels» produit un phénomène de biréfringence dans un milieu soumis à un champ électrique. Les cellules dites à effet Pockels agissent donc comme des lames à retard variable contrôlées électriquement. L ensemble expérimental propose d abord l étude de tous les phénomènes de polarisation entrant en jeu dans l effet Pockels : polariseurs, analyseurs, lames quart et demi onde, anisotropie. Par la suite, l expérience met en oeuvre la principale application de l effet Pockels : la modulation électro-optique. La cellule permet la modulation optique par la polarisation, la modulation simple, AM La transmission d un signal audio permet de vérifier très concrètement le bon fonctionnement de l ensemble. Fourni avec protocole expérimental complet Banc Cavaliers Polarisation Cellule Source Accessoires Prismax 1m 4 simples + 1 long 1 à déplacement latéral 1 polariseur Lame quart d onde Lame demi onde Cellule Pockels protégée Alimentation AC et DC He-Ne polarisé 1 mw avec alim Oscilloscope 2x50 MHz Source audio et haut parleurs Multimètre numérique Effet Pockels et modulation électro-optique T ,00 TTC ETUDE D UNE CAVITE LASER (HE-NE) L effet Laser n est obtenu que dans des conditions très particulières. Le TP a pour but de construire un résonateur optique qui sera soumis à une forte excitation produisant tout d abord de la fluorescence spontanée et lorsque la cavité est parfaitement alignée à un laser. Il est alors possible d en étudier les modes de propagation, la divergence Banc Prismax 2 m Autres alimentation du tube laser Composants polariseur monté (x1) 3 cavaliers simples camera numérique avec logiciel Ecran métallique percé 1 cavalier long Paires de lunettes de sécurité (x2) Miroir semi réfléchissant 3 cavaliers à déplacement Détecteur Puissancemètre laser Monture de miroir X-Y Source Tube He-Ne à décharge 3.5mW spectromètre à fibre usb SpectroVio Diaphragme à iris Support pour le tube lentille montée F150 mm Ensemble Cavité laser He-Ne T ,00 TTC 144