- 2a= 50 à 200µm pour l =0.8 à 1.6µm ( fibre de silice) - 2a=0.5 à 2mm pour l= 0.4 à 0.7µm ( fibre de plastique)

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Yvette Bellefleur
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le ryon étnt lors guidé pr réflexions totles sur l'interfce cœur-gine.

1 Electricité et Optique 6-7 II. Les fibres optiques L'indice de réfrction du cœur de l fibre est supérieur à celui de l gine ce qui empêche le ryon lumineux de sortir du cœur de l fibre, le ryon étnt lors guidé pr réflexions totles sur l'interfce cœur-gine. Figure : L fibre optique Les fibres optiques sont clssifiées en trois types: - Fibre optique multimode à grdient d'indice - Fibre optique multimode à sut d'indice - Fibre optique monomode II. Fibres optiques multimodes Une fibre optique multimode est un guide d ondes diélectrique circulire dont le cœur un dimètre grnd devnt l longueur d onde utilisée. - = 5 à µm pour l =.8 à.6µm ( fibre de silice) - =.5 à mm pour l=.4 à.7µm ( fibre de plstique) III.. Fibre optique à sut d indice : C est le type le plus simple, dns cette fibre, le cœur de dimètre, est homogène et d indice n. Il est entouré d une gine optique de dimètre extérieur b et d indice n inférieur à n. 5 Njjr Moni

2 Electricité et Optique 6-7 D près l loi de réfrction de Descrtes, on peut déterminer l ngle critique d incidence pour ssurer le guidge de ryons. III..- Ouverture numérique A l interfce cœur-gine: ic rcsin n n (L ngle critique d incidence) Cet ngle correspond à l ngle critique d incidence u niveu de l interfce ir-cœur que l on peut déterminer pr l loi de Descrte : n sin n cos ic d où cosic sin ic n Donc sin n ( n ppelé l ouverture numérique de l fibre) L ouverture numérique est un prmètre essentiel pour crctériser l fibre optique, une forte ouverture numérique permet de coupler beucoup de lumière dns l fibre optique, ce qui est un vntge pour les pplictions optiques mis ussi pour les trnsmissions à courte distnce, pr contre elle crée une forte dispersion de temps de propgtion entre les ryons, ce qui est un inconvénient en télécommunictions. Il existe de nombreux types de fibre à sut d indice, qui différent pr leur mtériux, leur dimètres cœur/gine, et leur ouverture numériques, qui vont de.3 à.6 pr exemple fibre (toute silice /4µm, d ON=.8). III.. -b L trjectoire de l lumière dns une fibre à sut d indice Soit un ryon R incident vec l ngle u point O u bout de l fibre d indice n et celui de l gine n, le chemin optique Effectué pr le ryon R à l intérieur d une fibre de l longueur l est: L N.L D où N désigne le nombre de trjets égux à L soit: OI 6 Njjr cosmoni i. n OI n.sin L OIA n OI n.

3 Electricité et Optique 6-7 Avec : Donc. n. L n.sin l. n.sin. n... n n.sin. n n.sin II.. Fibres optiques à grdient d indice : Ces fibres optiques sont spécilement utilisées dns les télécom- munictions, le cœur n est plus homogène (le cs d une fibre à sut d indice), l vleur de l indice décroît depuis l xe jusqu'à l interfce cœur-gine, suivnt l expression suivnte : x n( x) n vec : exposnt de profil d'indice : est une constnte en fonction de n et n. II... Fibre optique qudrtique Dns le cs d une fibre optique qudrtique l indice du cœur en tout point M vrie continûment de fçon qudrtique vec l distnce sur l xe X, c est-à-dire =, donc l expression de l indice du cœur est l suivnte : n( x) n Ax II...b L trjectoire de lumière dns l fibre : Soit un ryon lumineux R se propgent rectilignement dns l ir pénètre dns le cœur de l fibre en point O sous fible incidence..sin A l interfce cœur-gine il fut voir une continuité d indice n Z x z sin.. n n n n L ouverture numérique est représentée pr l expression suivnte : sin n( x) n Cette ouverture diminue de à u fur et à mesure que le point d incidence s éloigne de l xe. Donc on injecte en générl moins de puissnce dns une fibre à grdient d indice que dns une fibre à sut d indice. L vntge de ce type de fibre est de minimiser l dispersion de temps de propgtion entre les ryons. 7 Njjr Moni

4 Electricité et Optique 6-7 L fibre optique à grdient d indice le plus utilisée en télécommunictions à moyenne distnce, pour ouverture numérique. et pour dimètres cœur/gine 5/5µm et 6.5/5 µm utilisées en informtique et 85/8 utilisées en vidéocommunictions. II..3 Dispersion des fibres multimodes Dns l fibre optique multimodes, on peut distinguer deux types de dispersion : - Dispersion intermodle - Dispersion chromtique II..3- Dispersion intermodle : C est en générle l cuse principle de dispersion dns les fibres optiques multimodes. Elle est due u fit que tous les ryons (les modes) n ont ps le même trjet ni l même vitesse de propgtion. Une impulsion lumineuse injectée dns l fibre v donc s élrgir. Fibre à sut d indice Dns le cs d une fibre à sut d indice le cœur est homogène c est-à-dire L dispersion intermodle vut, pr unité de longueur : n n in in L c n fibre à grdient d indice Dns le cs d une fibre à grdient d indice, l indice de réfrction est représenté pr l expression suivnte: N r n r n n in in( opt) L 8 c II..3-b L dispersion chromtique L dispersion chromtique est proportionnelle à l longueur prcourue. S vleur pr unité de longueur vut : Avec : lrgeur spectrle de l source : Dispersion due u mtériu D M : Dispersion due u guide c D G étnt en ps/km et en nm, ces deux termes ( D M et D G ) s expriment en ps/nm/km 8 Njjr Moni in c

5 Electricité et Optique 6-7 Donc l dispersion totle : II.3 Fibres optiques monomodes Les fibres optiques monomodes ne subissent ps l dispersion intermodle. Elles ont une importnce considérble dns les trnsmissions à longue distnce. On les trouve églement dns les systèmes où l cohérence de l lumière doit être conservée. L fibre optique monomode est un guide d onde diélectrique dont le cœur un dimètre fible devnt l longueur d onde utilisée. L fibre optique clssique est à sut d indice, vec l condition sur l fréquence réduite V : L distribution du chmp dns le cœur une forme gussienne V. k n n,45 : E( r) r E. exp w O Avec w : est ppelé dimètre du mode (ou dimètre du chmp de mode) Le dimètre du mode est donné numériquement pr l pproximtion de Mrcuse : W 3,65,69. V,879. V L longueur d onde de coupure pour une fibre monomode est définie pr :.. c,45 Pour que V (l fréquence réduite) reste toujours inférieur à,45, il fut que : V c n n 6 Donc pour une longueur d onde donnée, l fibre est monomode si le produit une constnte, elle-même proportionnelle à. est inférieur à L puissnce contenue dns le cœur. exp w On voit qu une puissnce non négligeble se propge dns l gine. Pc P t II.4 Atténution et pertes des fibres optiques Dns les fibres optiques on peut distinguer trois types d tténution et de pertes : - Atténution intrinsèque - Pertes pr courbure et microcourbures - Pertes ux rccordements - Dns les conditions théoriques (en prticulier en l bsence de courbures et de microcourbures), l puissnce optique reste guidée dns le cœur, mis subit une tténution en z due à deux phénomènes physiques dns le mtériu : - L diffusion - L bsorption. 9 Njjr Moni

6 Electricité et Optique 6-7 D près l courbe d tténution on peut distinguer trois fenêtres de trnsmission : - L ere fenêtre (,8-,9µm) ne correspond ps à un minimum d tténution ( à 3 db/km) ni de dispersion mis à l optimum d utilistion des mtériux les mieux mîtrisés (silicium et GAs). - L ème fenêtre ( vers,3µm) correspond à un minimum reltif d tténution (,4 à,5 db/km) et u minimum de dispersion chromtique. - L 3 eme fenêtre ( vers,55µm) est le minimum bsolu d tténution (,5 à, db/km) mis demnde des composnts plus coûteux et l nnultion de l dispersion chromtique y est plus délicte. II.4. Pertes ux rccordements Cuse de pertes Lorsqu on rccorde bout à bout, pr épissure ou à l ide d un connecteur, deux fibres optiques, on voit pprître des pertes ponctuelles dues à trois types de cuses :. Réflexion de Fresnel ux deux interfces (exp verre ir 8%) dns le cs des connecteurs, qu on peut éviter en utilisnt un liquide dptteur d indice, une utre technique consiste à polir les fces des fibres en biis, Pour éviter que l lumière réfléchie retourne dns l fibre.. Différence entre les prmètres des deux fibres ( en principe identiques, mis en prtique à une certines tolérnce prés). 3. Muvis positionnement reltif : excentrement trnsversl, déslignement ngulire, écrtement longitudinl. III.4.3 Pertes pr courbure et microcourbures III.4.3. Effet des courbures : En prtique, l effet d une courbure locle est négligeble lorsque le ryon de courbure R est grnd devnt un ryon de courbure critique R c donné pr : R R C C n ON n n 3/,75 c 3 Pour les fibres multimodes Pour les fibres monomodes Njjr Moni

7 Electricité et Optique 6-7 Lorsque R n est ps trop proche de R c donc l perte due à l courbure : R c( db) log R R II.4.3.b Effet des microcourbures : Il est plus complexe. Il dépend de l forme des déformtions, l mplitude, l réprtition etc. Il est en générl étlonné expérimentlement. C Une formule permet de prévoir l tténution linéique due ux mêmes microcourbures pour une fibre donnée à prtir de l tténution mesurée sur une fibre de référence. 4 6 ON e,5. rk. w. m Donc nous prlons du rôle fondmentl du revêtement de protection qui réduit les microcourbures pr mortissement de contrintes et empêche l csse de l fibre. Njjr Moni

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