LIAISONS PAR FIBRES OPTIQUE

INTRODUCTION 

Les télécommunications ont connu durant ces vingt dernières années des bouleversements sans précédents. Longtemps, les avancées les plus significatives ont été obtenues par le développement des réseaux hertziens. Aujourd’hui, même s’ils présentent d’indéniables avantages grâce à leur souplesse tel la mobilité de l’utilisateur et la couverture complète de zones à très faible densité humaine, ils utilisent des fréquences qui les condamnent à ces applications « marginales ». L’accroissement récent des besoins en communications, essentiellement dû à l’émergence du réseau Internet, nécessite la mise en place de technologies capables d’assurer des transmissions à très haut débit. En effet, le réseau Internet, ouvert aux structures commerciales depuis 1990, voit son trafic doubler tous les cinq mois. L’idée de transporter les informations à l’aide des ondes lumineuses est née car, grâce à leur fréquence plus élevée elles peuvent transporter une quantité accrue d’informations. L’invention du laser, a permis d’expérimenter des transmissions à travers l’atmosphère. Malheureusement en raison de la diffusion et de l’absorption du faisceau par les particules gazeuses et des turbulences atmosphériques qui induisent des fluctuations aléatoires de l’indice de réfraction de l’air, les communications sont extrêmement difficiles. Il est donc nécessaire d’imaginer un autre milieu de transmission dans lequel l’onde lumineuse est guidée et se propage avec beaucoup moins de perturbations. Cette innovation a été rendue possible lors la découverte des fibres optiques. La fibre optique est un support de transmission formé par des guides diélectriques. Nous nous intéresserons donc à la fibre optique qui a connu de nombreuses avancées depuis ses débuts et en annonce de bien plus prometteuses encore : la multiplicité des paramètres, qui jouent sur l’efficacité de la fibre, fait que l’on peut sans cesse améliorer les performances de celle-ci. C’est dans cette mesure que nous avons retenu le thème de ce mémoire « l’étude des liaisons par fibres optiques » pour nous exposer ses avantages et ses performances. Notre étude se subdivise en trois chapitres : d’abord nous parlerons des généralités sur la fibre optique, ensuite nous étudierons les éléments constitutifs d’une liaison par fibre optique et enfin nous lancerons une simulation qui fera état d’une liaison par fibre optique et comparera cette liaison à un support de transmission. 

GENERALITES SUR LA FIBRE OPTIQUE 

Introduction 

La fibre optique est un guide diélectrique permettant de conduire la lumière sur une grande distance. Elle est constituée de 3 éléments (Figure 1.1) : – le cœur dans lequel se propage l’onde lumineuse ; – la gaine utilisée pour assurer la réflexion de l’onde lumineuse dans le cœur ; – la couche protectrice ou revêtement plastique. 

Propagation dans la fibre optique 

 Propagation d’ondes lumineuse 

Lorsqu’un faisceau lumineux heurte obliquement la surface qui sépare deux milieux plus ou moins transparents, il se divise en deux : une partie est réfléchie tandis que l’autre est réfractée c’est-àdire transmise dans le second milieu en changeant de direction.  La vitesse de la lumière dans un matériau d’indice n est donnée par la formule : n c v = [m/s] (I.1) 3 Pour guider la lumière, la fibre utilise le phénomène de réflexion totale qui se produit à l’interface de deux milieux d’indices différents. Ces deux milieux sont définis par le cœur et la gaine. L’indice de réfraction de la gaine doit être inférieur à celui du cœur. 

Loi de Descartes 

Un faisceau lumineux qui heurte la surface séparant deux milieux transparents et d’indice de réfraction différent, n1 et n2 se divise en deux rayons : – un rayon réfléchi formant un angle 1 i par rapport à la normale à l’interface des deux milieux ; – un rayon réfracté avec un angle 2 i par rapport à la même normale. D’après la loi de Descartes, les trois rayons (incident, réfléchi et réfracté) sont dans le même plan et sont liés par les relations : ( ) ( ) 1 1 1 1 n sin L =n sin i (I.2) soit 1 1 L =i , L1 étant l’angle d’incidence. ( ) ( ) 1 1 2 2 n sin L =n sin i (I.3) ( ) ( ) 1 1 2 2 n sin i =n sin i (I.4) I.2.3 Angle limite et condition de guidage Si n2 pn1 , il est théoriquement possible d’avoir 2 i2 π = . Dans ce cas il n’y a pas réfraction. On notera iLi l’angle du rayon incident correspondant à 2 i2 π = La loi de Descartes devient alors : 1 iL 2 2 n 2 n sin i n sin = π ( )= ( ) (I.5) d’où         = 1 2 iL n n i arcsin iLi est appelé angle limite La condition de guidage dans le cœur est donnée par la relation :         ≥ 1 2 1 n n i arcsin (I.6) si cette condition n’est pas vérifiée alors le rayon est réfracté dans la gaine de la fibre optique 4 

Ouverture numérique (ON)

 La figure 1.3 montre que pour qu’un rayon lumineux arrive à la sortie de la fibre, il doit subir plusieurs réflexions tout au long de la fibre. A chaque réflexion une partie de la lumière est réfractée et donc absorbée par la gaine. Le rayon finit alors par être complètement atténué. Cependant il est possible de choisir l’angle d’incidence pour qu’il n’y ait pas de réfraction, soit i iL i fi . Par conséquent, le rayon injecté à l’entrée arrivera à la sortie sans aucune atténuation. On définit alors l’ouverture numérique d’une fibre optique, en fonction de l’angle d’incidence limite iLi , qui permet d’assurer une transmission sans pertes théoriques.