Caractéristiques des fibres optiques utilisées

Petite Classe d’Optoélectronique n°1
Conception d’un réseau de communication
sur fibres optiques
Le but de cet exercice est de comparer les différentes caractéristiques des fibres optiques
disponibles sur le marché pour concevoir un réseau de communication sur fibre optique
réalisant le meilleur compromis performance/coût. Le réseau est constitué de fibres optiques,
d’épissures et de connecteurs. La longueur maximale du réseau de communication souhaitée
est de 300m lors de l’installation, deux mises à jour du réseau porteront cette distance à 1km
puis 10km. Les débits envisagés sont compatibles de l’Ethernet 10Mbit/s et 100Mbit/s pour
la seconde version du réseau. Pour des raisons de sécurité oculaire, la puissance injecté dans
la fibre ne doit pas dépasser 1mW.
I– Généralités
I-1.
Rappeler les différents types de fibres que vous connaissez
I-2.
Préciser les différents avantages/inconvénients de chacune de ces fibres.
I-3.
En déduire les critères de sélection du type de fibre vis-à-vis de l’application
II– Etude des fibres optiques
II–1. Pertes par réflexion de Fresnel
La puissance transmise au niveau d’une interface est obtenue par les pertes par réflexion de
Fresnel qui s’observent à chaque interface. Elle s’obtient grâce à la relation suivante :
N

2 
PTransmise  10log  Popt   Pi  CFresnel 


i 1




Où Popt est la puissance totale couplée dans la fibre (en mW), Pi est la puissance incidente du
rayon n°i sur l’interface (en mW), CFresnel le coefficient de réflexion de Fresnel et N le
nombre de mode dans la fibre envisagé. On considérera que le coefficient de Fresnel est
indépendant de la longueur d’onde et que celui-ci vaut 0.05.
1. Calculer le nombre de mode pour les différentes fibres aux trois longueurs d’onde
centrale des fenêtres de transmission.
2. Calculer alors les pertes par réflexion de Fresnel à chaque interface pour les trois
types de fibres et aux différentes longueurs d’onde.
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II–2. Bande passante
1. Afin de calculer la bande passante de chaque fibre, montrer que la dispersion
intermodale pour les fibres à saut d’indice peut se mettre sous la forme :
s 
L(ON)2
4 3n1c
Où ON est l’ouverture numérique de la fibre et L la longueur de transmission (Cf
cours : dispersion intermodale).
2. Calculer alors la dispersion intermodale de chacune des fibres.
3. En plus de la dispersion intermodale, il est nécessaire de tenir compte de la dispersion
chromatique (ou dispersion intramodale). Pour cela on considérera que l’indice peut
se mettre sous la forme :
4
S0   0  
 C()
1 
4   


Ou S0 est la pente de la courbe de dispersion chromatique et 0 la longueur d’onde
pour laquelle la dispersion est nulle (0=1300nm). On prendra S0=0.09ps/nm²/km.
Calculer la dispersion chromatique de chacune des longueurs d’onde envisagée.
4. En déduire le débit maximal de modulation des fibres pour les différentes longueurs
de réseau envisagées.
III– Etude de la source et du couplage
1. Calculer la perte à l’injection dans le guide (en dB), pour les différents couples
source-fibres Optique, dans le cas d’un couplage direct de la surface émissive sur la
face d’entrée de la fibre. On négligera, ici, les pertes par réflexion de Fresnel.
2. En déduire les puissances d’émission nécessaire par chaque source pour satisfaire aux
conditions de sécurité oculaire.
IV- Bilan de liaison et conclusion
1. En considérant les sensibilités et les courants d’obscurités donnés pour les deux types
de détecteur, calculer la distance maximale de transmission pour chaque couple
précédent.
2. Compléter le tableau donné en annexe et conclure sur le choix d’une solution, qui
satisfait aux exigences du cahier des charges et au meilleur compromis
coût/performance.
E.S.M.E.-Sudria
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17/04/17
PC Optoélectronique
Caractéristiques des fibres optiques utilisées
Fibres
Diamètre
optiques
cœur
Saut
d’indice
50
(FSI)
Gradient
d’indice
50
(FGI)
Monomode
8
Unités
µm
Atténuations
850nm 1300nm 1500nm
Indice
cœur
Indice
gaine
1.50
1.48
3
1
0.5
0.2
1.50
1.48
2
0.8
0.3
0.5
1.50
-
1.49
-
1
0.5
dB/km
0.1
1
€/m
Coût
Caractéristiques des émetteurs utilisés
Emetteurs
Largeur
spectrale
Temps de
montée
Dimensions surface
émissive
Diagramme de
rayonnement
Coût
DEL
20
10
200
Lambertien
10
2
0.3
0.4x10
6° / jonction
10°  jonction
100
nm
ns
µm
µm
€
Diode
Laser
(DL)
Unités
Caractéristiques des récepteurs utilisés
récepteurs
PIN (seule)
Photodiode
à avalanche
(PDA)
Unités
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Courant d’obscurité
850nm 1300nm 1500nm
Temps de montée
Coût
0.5
0.8
1
5
10
0.8
0.5
1
1
100
ns
€
µA
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Saut
d’indice
(MM-SI)
Gradient
d’indice
(MM-GI)
Longueur
d’onde
Nombre de Pertes de Dispersion
Dispersion
modes
Fresnel intermodale chromatique
Bande
passante
850 nm
1300 nm
1550 nm
850 nm
1300 nm
1550 nm
850 nm
1300 nm
1550 nm
Multimode
Type de fibre
Saut
d’indice
(MM-SI)
Gradient
d’indice
(MM-GI)
Mono
Saut
d’indice
(SM-SI)
Comparaisons croisées
Multimode
Monomode
Grandeurs systèmes des fibres
Type de fibre
Saut
d’indice
(SM-SI)
Longueur
d’onde
850 nm
1300 nm
1550 nm
850 nm
1300 nm
1550 nm
850 nm
1300 nm
1550 nm
DEL
Laser
Longueur de
transmission
DEL
Laser
Puissance
d’émission
DEL
Laser
Coût
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