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Espace Sciences de la Matière
LA CHAINE HiFi SPECTRALE
ou la télécommunication optique
Sandrine Ferri, Jérôme Borghino et Christian Rovetta
Le principe de base des télécommunications est de transmettre un signal, porteur d'une information (voie, musique, images,
données…) d'un lieu à un autre lieu distant. Divers dispositifs de communication existent depuis des temps très anciens: la
communication visuelle (système de signaux militaires chez les romains), le télégraphe visuel et mécanique (télégraphe de
Chappe, 1794), le télégraphe électrique (Samuel Morse, 1832), le téléphone (Graham Bell, 1876), la radio (la découverte des
ondes hertziennes voit naître le monde sans fil avec Marconi 1921), la télévision (Boris Rosing, 1907), les satellites (Bell
Telephone Laboratories, 1962), Internet (UUNET, 1974).
La télécommunication optique
Description d'une transmission
La découverte du laser en 1960 a permis de
disposer de sources lumineuses adaptées à la
transmission et au traitement de l'information. La
transmission optique a plusieurs avantages sur la
transmission radio : la vitesse (celle de la lumière),
un fort débit et une fréquence porteuse plus large.
Elle avait un inconvénient : son prix, mais cela
devient de moins en moins vrai.
L'information issue d'une source est transmise par
le biais d'un émetteur dans un canal de
transmission
(atmosphère, ligne électrique, fibre optique,…)
Le signal transmis ainsi que les parasites (bruit)
sont récupérés sur le canal grâce à un récepteur.
Le signal
La diode laser
Une diode laser est un composant opto-électronique à
base de matériau semi-conducteur.
Le signal est un signal sonore qui occupe une
bande de fréquences de 15Hz à 16 kHz. Il est émis
par une radio portative. Lorsque celui-ci est
transmis par l'air il a une protée réduite de
quelques mètres
et l'information se déplace
à la vitesse du son
(340 m/s dans l'air ).
Les haut-parleurs
Les haut-parleurs produisent des sons à partir
d'un signal électrique.
Elle émet de la lumière monochromatique cohérente.
La puissance lumineuse issue de la diode peut être
modulée (jusqu'à 2Mhz) par modulation du courant
d'injection.
modulation d'amplitude
optique
P (mW)
Diode laser
modulable
Le signal externe est une tension qui est convertie en
intensité.
alimentation
entrée de la
modulation
Radio, lecteur
CD, micro
haut parleur
avec ampli
Le photodétecteur (photodiode) convertit le signal
optique en électrique.
photodiode
avec ampli
seuil
Le photodétecteur
I(mA)
modulation d'amplitude
du courant
fibre optique
(1m ou 150m)
barreau de plexiglas
Les milieux transparents
Dans le vide, la vitesse de propagation des ondes
lumineuses est de c=299 792 km/s. Dans un milieu
transparent, la vitesse de la lumière dépend de la
nature de ce milieu et de la couleur de la lumière.
Elle est toujours plus faible que dans le vide.
Au passage de la frontière entre deux milieux
d'indice de réfraction différents (un dioptre), la
direction des rayons sera changée s'ils ne sont pas
perpendiculaires à cette frontière.
Les fibres optiques
C’est un guide d'onde optique de 2 ou plusieurs
couches de diélectriques transparents (verre ou
plastique) d'indices de réfraction différents.
support fibre
avec lentille
miroir
miroir
La loi de Snell-Descartes indique la relation entre
l'angle du rayon incident et celui du rayon réfracté.
Les miroirs
Sur une surface réfléchissante, l'angle de réflexion est
égal à l'angle d'incidence (mesuré par rapport à la
normale à la surface au point considéré)
Dans une fibre, la lumière est confinée dans le cœur
et guidée grâce à la gaine optique.
La plupart des fibres sont fabriquées à base de silice,
la silice est dopée avec de phosphore pour
augmenter l'indice (donc pour le cœur de la fibre) et
avec du fluor pour le diminuer (plutôt réservé à la
gaine optique).