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La fibre optique est un fil transparent très fin qui conduit la lumière. Le principe de la fibre optique a été développé dans les années 1970 dans les laboratoires de la firme Corning.
Entourée d'une gaine protectrice, la fibre optique peut être utilisée pour conduire de la lumière entre deux lieux distants de plusieurs centaines voire milliers de kilomètres. Le signal lumineux codé par une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité d'information. En permettant les communications à très longue distance et à des débits jusqu'alors impossibles, les fibres optiques ont constitué l'un des éléments clef de la révolution des télécommunications optiques. Ses propriétés sont également exploitées dans le domaine des capteurs (température, pression, etc.) et dans l'imagerie.
Un nouveau type de fibres optiques, les fibres à cristaux photoniques, a également été mis au point ces dernières années, permettant des gains significatifs de performances dans le domaine du traitement optique de l'information par des techniques non-linéaires, dans l'amplification optique ou bien encore dans la génération de supercontinuums utilisables par exemple dans le diagnostic médical.
Dans les réseaux informatiques du type Ethernet, pour la relier à d'autres équipements, on peut utiliser un émetteur-récepteur.
[] Principe
La fibre optique est un guide d'onde qui exploite les principes de réfraction de la lumière. Elle est habituellement constituée d'un c?ur entouré d'une gaine. Le c?ur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé (différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L?ensemble est généralement recouvert d?une gaine plastique de protection.
Il existe plusieurs types de fibre optique. Dans la fibre à saut d'indice, l'indice de réfraction change brutalement entre le c?ur et la gaine. Dans la fibre à gradient d'indice, ce changement d'indice est beaucoup plus progressif. Dans les fibres à cristaux photoniques, l'écart d'indice entre les différents matériaux (en général la silice et l'air) est beaucoup plus important. Dans ces conditions, les propriétés physiques du guidage diffèrent sensiblement des fibres à saut d'indice et à gradient d'indice.
Dans le domaine des télécommunications optiques, le matériau privilégié est la silice très pure car elle présente des pertes optiques très faibles. Quand l'atténuation n'est pas le principal critère de sélection, on peut également mettre en ?uvre des fibres en matière plastique.
Un cable de fibres optiques contient en général plusieurs paires de fibres, chaque fibre conduisant un signal dans chaque sens. Lorsqu'une fibre optique n'est pas encore alimentée, on parle de fibre optique noire.
[] Fabrication d'une fibre optique de silice
La première étape est la réalisation d'un barreau de silice très pure, d'un diamètre de plusieurs centimètres. La composition au c?ur du barreau est adaptée de façon à l'indice de réfraction du verre. On utilise en particulier le germanium pour augmenter l'indice.
Il existe différents procédés pour obtenir ce barreau: dépôt de couches dans un tube de quartz (CVD), dépôt externe autour d'un mandrin (OVPO), dépôt axial (VAD). Tous font appel à des réactions en phase vapeur, ce qui permet d'obtenir un matériau très pur.
Le barreau subit ensuite un étirage, en plaçant l'extrémité dans un four porté à une température voisine de 2000°C. Il est alors transformé en une fibre de plusieurs centaines de kilomètres, à une vitesse de l'ordre du kilomètre par minute. La fibre est ensuite revêtue d'une double couche de résine protectrice avant d'être enroulée sur une bobine.
[] Caractéristiques
Les principaux paramètres qui caractérisent les fibres optiques utilisées pour les transmissions sont les suivants:
[] Atténuation
L'atténuation caractérise l'affaiblissement du signal au cours de la propagation.
Soient <math>P_0</math> et <math>P_L</math> les puissances à l?entrée et à la sortie d'une fibre de longueur L. L'atténuation linéaire se traduit alors par une décroissance exponentielle de la puissance en fonction de la longueur de fibre :
<math>P_L = P_0 e^{-\alpha L}</math>
où <math>\alpha</math> est le coefficient d?atténuation linéaire.
On utilise souvent le coefficient <math>\alpha_</math> exprimé en dB/km et relié à <math>\alpha</math> par <math>\alpha_ = 4.343 \alpha</math>:
Le principal atout des fibres optiques est une atténuation extrêmement faible. L'atténuation va varier suivant la longueur d'onde. La diffusion Rayleigh limite ainsi les performances dans le domaine des courtes longueurs l'onde (domaine du visible et du proche infrarouge). Un pic d'absorption, dû à la présence de radicaux -OH dans la silice, pourra également être observé autour de 1385 nm.
Les fibres en silice connaissent un minimum d'atténuation vers 1550 nm. Cette longueur d'onde du proche infrarouge sera donc priviligiée pour le communications optiques. De nos jours, la maîtrise des procédés de fabrication permet d?atteindre une atténuation aussi faible que 0.2 dB/km à 1550 nm : après 100 km de propagation, il restera donc encore 1% de la puissance initialement injectée dans la fibre, ce qui peut être suffisant pour une détection. Si l'on désire transmettre l'information sur des milliers de kilomètres, il faudra avoir recours à une réamplification optique périodique du signal.
Il est à noter que le signal subira des pertes supplémentaires à chaque connexion entre fibres, que ce soit par des traverses ou bien par soudure, cette dernière technique réduisant très fortement ces pertes.
[] Dispersion chromatique
La dispersion chromatique est exprimée en ps/(nm·km) et caractérise l'étalement du signal lié à sa largeur spectrale (deux longueurs d'ondes différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse). Cette dispersion dépend de la longueur d'onde considérée et résulte de la somme de deux effets: la dispersion propre au matériau, et la dispersion du guide, liée à la forme du profil d'indice. Il est donc possible de la minimiser en adaptant le profil.
[] Non-linéarité
[] Dispersion modale de polarisation (PMD)
La dispersion modale de polarisation (PMD) est exprimée en ps/km½ et caractérise l'étalement du signal lié au fait que la fibre n'est pas parfaitement circulaire.
[] Longueur d'onde de coupure et fréquence normalisée
La longueur d'onde de coupure est la longueur d'onde <math>\lambda_c</math> en dessous de laquelle la fibre n'est plus monomode. Ce paramètre est relié à la fréquence normalisée, noté V, qui dépend de la longueur d'onde <math>\lambda</math> , du rayon de coeur <math>a</math> de la fibre et des indices du coeur <math>n_c</math> et de la gaine <math>n_g</math> (voir image 'Principe d'une fibre optique à saut d'indice' pour les notations). La fréquence normalisée est exprimée par :
<math>V = 2 \pi / \lambda a \sqrt{n_c^2 - n_g^2} </math>
Une fibre est monomode pour une fréquence normalisée V inférieure à 2.405. Des abaques fournissent la constante de propagation normalisée, notée B, en fonction de la fréquence normalisée pour les premiers modes.
[] Fibres monomodes et multimodes
Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories:
- Les fibres multimodes, ont été les premières sur le marché. Elles ont pour caractéristiques de transporter plusieurs modes (trajets lumineux) simultanément. Du fait de la dispersion modale, on constate un étalement temporel du signal. En conséquence, elles sont utilisées uniquement pour des bas débits et de courtes distances. La dispersion modale peut cependant être minimisée (à une longueur d'onde donnée) en réalisant un gradient d'indice dans le c?ur de la fibre.
- Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des fibres monomodes, qui sont technologiquement plus avancées car plus fines. Une fibre monomode n'a pas de dispersion modale.
[] Voir aussi
[] Liens externes
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La source est wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/fibre optique
