Fibre Optique: Cours et Exercices Corrigés

Docteur Karim Fethallah
Editions Al-Djazair
SUPPORTS DE TRANSMISSION :
FIBRE OPTIQUE
Rappel de cours et exercices corrigés

Docteur Karim Fethallah
Editions Al-Djazair
SUPPORTS DE TRANSMISSION :
FIBRE OPTIQUE
Rappel de cours et exercices
corrigés

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Sommaire
1- Introduction……………………………………………………………………………………………………….. 2
2- Principe de propagation de la lumière dans une fibre optique……………………………. 2
2.1- lois de Snell-Descartes……………………………………………………………………………….. 3
2.2- Conséquences des lois de Snell-Descartes…………………………………………………. 4
2.2.1- Angle limite, Réflexion totale………………………………………………………. 4
2.2.2- Cas particulier de la fibre optique ……………………………………………….. 4
3- Fibres à saut d’indice………………………………………………………………………………………….. 5
4- Fibres à gradient d’indice……………………………………………………………………………………. 7
5- Fibres monomodes et fibres multimodes…………………………………………………………… 11
5.1- Notion de mode de propagation………………………………………………………………. 11
5.2- Fibres multimodes……………………………………………………………………………………. 13
5.3- Fibres monomodes.………………………………………………………………………………….. 14
6- Performances des fibres optiques……………………………………………………………………… 14
6.1- Atténuation optique…………………………………………………………………………………. 14
6.1.1- Définitions…………………………………………………………………………………... 14
6.1.2- Calcul de l’atténuation linéique………………………………………………….. 14
6.1.3- Causes de l’atténuation………………………………………………………………. 15
6.1.3.1- Pertes dues aux raccordements …………………………………… 15
6.1.3.2- Pertes dues à la jonction verre-air-verre……………………… 16
6.2- Dispersion…………………………………………………………………………………………………. 17
6.2.1- Dispersion modale……………………………………………………………………….. 17
6.2.2- Dispersion chromatique………………………………………………………………. 17
Exercices D’application…………………………………………………………………………………………… 21
Solutions des exercices………………………………………………………………………………………….. 23

1- Introduction
Les réseaux de télécommunications actuels nécessitent des débits de plus en plus
importants, et d’un autre coté, les entreprises industrielles exigent aux chercheurs
scientifiques et aux ingénieurs d’application de concevoir et optimiser des liaisons haut débit
flexibles et adaptées à leur besoin pour des moyennes et longues durées.
La technologie optique, et malgré le cout très élevé de sa connectique (sources laser
et photo-détecteurs), reste la solution immédiate pour la plupart des industriels
économiques grâce à ses nombreux avantages : largeurs de bande et longueurs d’onde
centrales accordables, minimum d’atténuation optique pour des longues distances de
transmission, très grandes bandes passantes et minimum de dispersion pour des fenêtres
optiques spécifiques. Cependant, l’amélioration de la qualité de transmission d’une liaison
optique passe certainement par une étude très détaillée des différents composants optiques
constituants cette liaison.
L’objet de ce support de cours est de présenter la fibre optique en général, en
expliquant le principe de propagation de la lumière à travers ce support de transmission. On
choisira bien sur les fibres optiques monomodes qui sont largement utilisées dans les
liaisons de télécommunications. Les performances des fibres optiques, notamment
l’atténuation et la dispersion, seront après présentées. A la fin de ce cours, une série
d’exercices est donnée avec leurs solutions correspondantes.
2- Principe de propagation de la lumière dans une fibre optique
Fig(1)- Phénomène d’incidence, de réflexion et de réfraction d’un faisceau lumineux dans
deux milieux d’indices n1 et n2
2

La propagation de la lumière à travers une fibre optique est basée sur le principe de
réflexions successives du faisceau lumineux.
Il est alors nécessaire de reprendre quelques notions fondamentales sur le
déplacement de la lumière au niveau d’une surface appelée « dioptre » séparant deux
milieux isotropes d’indice n1 et n2.
Soit un rayon lumineux monochromatique se propageant dans un milieu d’indice n1.
A l’arrivée sur un dioptre séparant le milieu incident du milieu d’indice n2, une partie de son
énergie traverse le dioptre alors qu’un autre se réfléchit. On définit ainsi en I, les rayons
incidents, réfléchis et réfractés. Les angles correspondants sont mesurés par rapport à la
normale au dioptre.
2.1- lois de Snell-Descartes
Cette lois donne les relations entre les différents angles :
- Pour la réflexion : l’angle d’incidence « i1 » est égal à l’angle de réflexion « r » :
i1=r (1)
i1 : angle d’incidence du milieu n1
r : angle de réflexion du milieu n1
- Pour la réfraction (ou transmission), la relation entre les angles est la suivante :
n1*sin (i1) =n2*sin (i2) (2)
i2: angle de réfraction dans le milieu d’indice n2.
Remarques
- Si n2>n1 : on dit que le milieu d’indice n1 (incidence) est moins réfringent que le
milieu d’indice n2 (réfraction) (voir fig (2)), alors i1>i2 ------> sin (i1)>sin (i2).
- Si n1>n2 : dans ce cas, l’angle d’incidence i1 est plus petit que l’angle de réfraction i2
(voir fig (3)), alors : i2>i1 ------> sin (i2)>sin (i1).
Fig(2)- Le faisceau réfracté se rapproche de la normale Fig(3)- Le faisceau réfracté s’éloigne
de la normale
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