FABRICATION DE FIBRES OPTIQUES

En principe, les fabricants de fibres utilisent deux méthodes pour fabriquer des fibres de verre multimodes et monomodes. Une méthode est un procédé de l’oxydation en phase vapeur, etl’autre est un procédé de fusion directe. Dans l’oxydation en phase vapeur, les composés gazeux halogénures métalliques, le matériau dopant et l’oxygène sont oxydés (brûlés) pour former une poudre de silice blanche (SiO2).Les fabricants déposent la suie sur la surface d’un substrat en verre (mandrin) ou à l’intérieur d’un tube creux par l’une des trois méthodes suivantes:

• Oxydation de la phase vapeur extérieure OPVE (Outside Vapor Phase Oxidation ).

• Oxydation de la phase vapeur intérieur OPVI(Inside Vapor Phase Oxidation).

• Dépôt axial de la phase vapeurDAPV (Vapor Phase Axial Deposition).

La suie forme le coeur et la protection de la préforme. L’indice de réfraction de chaque couche de suie est modifié en faisant varier la quantité de matériau dopant qui est oxydé. Les figures 1.7, 1.8illustrent les différents procédés de préparation d’une préforme d’oxydation en phase vapeur. Lors de l’oxydation en phase vapeur, le mandrin ou le tube se déplace continuellement d’un côté à l’autre et tourne alors que des particules de suie sont déposées sur la surface. Ce procédé forme des couches cylindriques de suie sur la surface du mandrin ou à l’intérieur du tube creux. Ce matériau déposé est transformé en une préforme de verre solide en chauffant le matériau poreux (sans fondre). La préforme solide est alors tirée ou tirée dans une fibre optique par un procédé appelé fibrage. Le fibrage commence par introduire la préforme de verre dans le four à étirer. Le four à étirage adoucit l’extrémité de la préforme jusqu’au point de fusion. Les fabricants tirent alors la préforme ramollie en un filament de verre mince (fibre de verre). Pour protéger la fibrenue des contaminants, les fabricants ajoutent une protection acrylate dans le processus d’étirage. La protection protège la fibre nue des contaminants tels que la poussière atmosphérique et la vapeur d’eau. Figure 1.8illustre le processus du tirage de la fibre [9]. Dans le procédé de fusion directe, des tiges de verre multi-composant forment la structure fibreuse. Les tiges de verre multi-composant se combinent à l’état fondu pour former le coeur et la gaine de la fibre. Le procédé à double creuset est le procédé de fusion directe le plus courant. Le procédé à double creuset combine les tiges fondues en une seule préforme en utilisant deux creusets concentriques. On tire des fibres optiques à partir de ce verre fondu en utilisant un procédé d’étirage de fibres similaire à celui de l’oxydation en phase vapeur.

Diffusion Rayleigh

Comme la lumière se déplace dans le coeur, il interagit avec les molécules de silice dans le coeur. La diffusion de Rayleigh est le résultat de ces collisions élastiques entre l’onde lumineuse et les molécules de silice dans la fibre. La diffusion Rayleigh représente environ 96% de l’atténuation de la fibre optique. Si la lumière diffusée maintient un angle qui supporte la propagation dans le coeur, aucune atténuation ne se produit. Si la lumière est dispersée à un angle qui ne supporte pas la poursuite de la propagation dans le coeur, cependant, la lumière est détournée hors du coeur et l’atténuation se produit. Selon l’angle d’incidence, une partie de la lumière se propage dans le coeur et l’autre partie s’écarte du chemin de propagation et s’échappe du coeur de la fibre. Une certaine lumière diffusée est réfléchie vers la source lumineuse. Il s’agit d’une propriété qui est utilisée dans un réflectomètre optique de domaine temporel (OTDR) pour tester des fibres. Le même principe s’applique à l’analyse de la perte associée à des événements localisés dans la fibre, tels que les épissures. Les longueurs d’onde courtes sont dispersées plus que les longueurs d’onde plus longues. Toute longueur d’onde inférieure à 800 nm est inutilisable pour la communication optique, car l’affaiblissement dû à la diffusion de Rayleigh est élevé. Dans le même temps, la propagation au-dessus de 1700 nm n’est pas possible en raison de pertes élevées résultant de l’absorption infrarouge. Atténuation extrinsèque

L’atténuation extrinsèque peut être causée par deux mécanismes externes :macro-courbure ou micro-courbure. Les deux provoquent une réduction de la puissance optique. Si un coude est imposé à une fibre optique, une déformation est placée sur la fibre le long de la région qui est courbée. La souche de flexion affecte l’indice de réfraction et l’angle critique du rayon lumineux dans cette zone spécifique. En conséquence, la lumière voyageant dans le coeur peut réfracter, et la perte se produit. Une macro-courbure est une courbe à grande échelle qui est visible, et la perte est généralement réversible après correction des coudes. Pour éviter les macro-courbures, toutes les fibres optiques ont une spécification de rayon de courbure minimale qui ne doit pas être dépassée. Il s’agit d’une restriction sur la quantité de courbure d’une fibre peut résister avant de rencontrer des problèmes de performance optique ou de fiabilité mécanique. La deuxième cause extrinsèque d’atténuation est une micro-courbure. Lamicro-courbure est causée par des imperfections dans la géométrie cylindrique de la fibre pendant le processus de fabrication. La micro-courbure peut être liée à la température, à la tension ou à la force de broyage. Comme le macro-pliage, la micro-flexion provoque une réduction de la puissance optique dans le verre. La micro-flexion est très localisée et le pli peut ne pas être clairement visible lors de l’inspection. Avec la fibre nue, la micro-flexion peut être réversible.

Dispersion

La dispersion est l’étalement de l’impulsion lumineuse pendant son déplacement sur la longueur d’une fibre optique. La dispersion limite la bande passante ou la capacité de transport d’information d’une fibre. Les débits binaires doivent être suffisamment bas pour que les impulsions soient plus éloignées et, par conséquent, la plus grande dispersion peut être tolérée. La dispersion dans les fibres optiques consiste de deux types suivants :

• Dispersion modale La dispersion modale ne se produit que dans les fibres multimodes. Il se produit parce que les rayons suivent des chemins différents à travers la fibre et par conséquent arrivent à l’autre extrémité de la fibre à des moments différents. Le mode est un concept mathématique et physique qui décrit la propagation des ondes électromagnétiques à travers les supports. Dans le cas de la fibre, un mode est simplement un chemin qu’un rayon lumineux peut suivre en voyageant dans le coeur d’une fibre. Le nombre de modes supportés par une fibre varie de 1 à plus de 100 000. Ainsi, une fibre fournit une voie de déplacement pour un ou plusieurs milliers de rayons lumineux en fonction de sa taille et de ses propriétés. Étant donné que la lumière réfléchie à des angles différents pour différents chemins (ou modes), les longueurs des cheminsde différents modes sont différentes. Ainsi, différents rayons prennent un temps plus court ou plus long pour parcourir la longueur de la fibre. Le rayon qui va droit au centre du coeur sans réfléchir, arrive d’abord à l’autre extrémité, d’autres rayons arrivent plus tard. Ainsi, la lumière entrant dans la fibre en même temps sort de l’autre extrémité à des moments différents. La lumière s’est étalée dans le temps. L’étalement de la lumière est appelé dispersion modale. La dispersion modale est le type de dispersion qui résulte de la variation des longueurs de trajet modales dans la fibre. Les valeurs de dispersion modale typiques pour la fibre à sautd’indice sont de 15 à 30 ns / km. Cela signifie que pour la lumière entrant dans une fibre en même temps, le rayon suivant le chemin le plus long arrivera à l’autre bout de 1 km de fibre de 15 à 30 ns après le rayon, en suivant le chemin le plus court.

• Dispersion chromatique La dispersion chromatique est causée par des différences de retard entre les vitesses du groupe des différentes longueurs d’onde composant le spectre source. La conséquence de la dispersion chromatique est un élargissement des impulsions transmises. La dispersion chromatique est essentiellement due à deux contributions: la dispersion des matériaux et la dispersion des guides d’onde. La dispersion de matériau se produit parce que l’indice de réfraction change avec la fréquence optique. C’est généralement la contribution dominante, sauf dans la région de longueur d’onde dans laquelle elle disparaît (pour les matériaux à base de silice, cela se produit autour de 1 300 nm). La dispersion du guide d’ondes dépend des propriétés dispersives du guide d’ondes lui-même. D’un point de vue pratique, une propriété significative est que la dispersion de guide d’onde présente des signes opposés par rapport à la dispersion de matériau dans la gamme de longueur d’onde au-dessus de 1300 nm

• Dispersion matérielle La dispersion du matériau est causée par des variations de l’indice de réfraction du matériau fibreux par rapport à la longueur d’onde. Comme la vitesse du groupe est fonction de l’indice de réfraction, les composants spectraux d’un signal donné se déplacent à différentes vitesses provoquant une déformation de l’impulsion. Les variations de l’indice de réfraction par rapport à la longueur d’onde sont décrites par l’équation de Sellmeier qui est exprimée comme suit : η(λ)=[1+Σ𝐴𝐴𝑖𝑖𝜆𝜆2(𝜆𝜆2−𝜆𝜆𝑖𝑖2)3𝑖𝑖=]12􀵗 (4) Où λ est la longueur d’onde de la lumière, et 𝐴𝐴𝑖𝑖et 𝜆𝜆𝑖𝑖sont les coefficients de Sellmeier. La dispersion de ce phénomène est appelée dispersion matérielle, puisqu’elle provient des propriétés matérielles de la fibre. Chaque vague change de vitesse différemment, chacun est réfracté différemment. La lumière blanche entrant dans le prisme contient toutes les couleurs.Le prisme réfracte la lumière et change sa vitesse à mesure qu’il entre dans le prisme. La lumière rouge s’écarte du moins et voyage le plus vite. La lumière violette dévie le plus et parcourt le plus lent.