Résumé de cours : Fibres Optiques

BTS CIEL 2
Physique appliquée
2025-2026
Séquence 2
Les bres opques
Résumé de cours
Notions et contenus :
• Connaître les principes de propagation de la lumière dans une bre optique : réfraction et réexion totale
• Savoir déterminer les caractéristiques principales d’une bre optique à partir d’une documentation technique : type de bre, longueur
d’onde, atténuation, bande passante, angle d’ouverture, débit maximum
Capacités exigibles :
•
I – Propagation de la lumière
La célérité de la lumière est la vitesse à laquelle la lumière se déplace dans un milieu donné. Dans le vide, cette
vitesse est maximale, atteignant environ    . Dans un milieu homogène et isotrope (c'est-à-dire
uniforme et avec les mêmes propriétés dans toutes les directions), la lumière se propage en ligne droite. Cette
propriété est fondamentale en optique géométrique, où l'on considère souvent la lumière sous forme de rayons
rectilignes.
L'indice de réfraction d'un matériau est une mesure de la diminution de la célérité de la lumière lorsqu'elle
traverse ce matériau par rapport à sa célérité dans le vide. Il est déni par la relation   
, où  est la célérité de
la lumière dans le vide et  la célérité dans le matériau. Plus l'indice de réfraction est élevé, plus la lumière est
ralentie en traversant le matériau.
Les lois de Snell-Descartes expliquent comment la lumière change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu à
un autre, comme de l'air à l'eau. La première loi dit que le rayon de lumière, la normale (la ligne perpendiculaire
à la surface de séparation), et le rayon réfracté (le rayon dans le deuxième milieu) sont tous dans le même plan.
La deuxième loi, appelée loi de la réfraction, indique que la relation entre les angles de ces rayons et les indices
de réfraction des milieux est donnée par la formule :
Cela permet de prédire comment la lumière va changer de direction lorsqu'elle entre dans un nouveau matériau.

II - Caractéristiques des bres optiques
Les bres optiques sont des composants essentiels dans les systèmes de communication modernes,
permettant la transmission de données sur de longues distances avec une grande eicacité. Pour bien utiliser
et choisir une bre optique, il est crucial de comprendre et de savoir interpréter les caractéristiques principales
fournies dans une documentation technique. Voici les éléments clés à connaître :
Type de bre
Il existe principalement deux types de bres optiques : les bres monomodes et les bres multimodes. Les bres
monomodes ont un cœur très n qui permet la transmission d'un seul mode de lumière, ce qui les rend
adaptées aux longues distances et aux débits élevés. Les bres multimodes ont un cœur plus large, permettant
plusieurs modes de propagation, ce qui les rend idéales pour les courtes distances, comme dans les réseaux
locaux.
Longueur d’onde
La longueur d'onde désigne la couleur de la lumière utilisée pour transmettre les données dans la bre. Les
longueurs d'onde couramment utilisées sont 850 nm, 1310 nm, et 1550 nm. Chaque longueur d'onde a ses
propres avantages, notamment en termes d'atténuation et de capacité de transmission sur de longues
distances. Par exemple, la longueur d’onde de 1550 nm est souvent préférée pour les longues distances en
raison de son faible taux d'atténuation.
Atténuation
L'atténuation mesure la perte de puissance du
signal lumineux au fur et à mesure qu'il se déplace
dans la bre. Elle est exprimée en décibels par
kilomètre (dB/km). Une faible atténuation est
essentielle pour maintenir la qualité du signal sur
de longues distances. Les bres modernes
présentent généralement des atténuations très
faibles, particulièrement aux longueurs d’onde de
1310 nm et 1550 nm.
Bande passante
La bande passante représente la capacité de la bre à transmettre des données, mesurée en  . Plus la
bande passante est large, plus la bre peut supporter des débits élevés. Les bres multimodes sont souvent
limitées en bande passante en raison de la dispersion modale (voir TP), tandis que les bres monomodes orent
des bandes passantes très larges, ce qui les rend aptes à des applications à haut débit.
Angle d’ouverture
L’angle d’ouverture est l'angle maximal sous lequel la lumière
peut entrer dans la bre et être guidée eicacement. Cet
angle dépend de l'indice de réfraction du cœur et de la gaine
de la bre. Un angle d'ouverture plus large permet une
meilleure captation de la lumière, ce qui est particulièrement
important dans les systèmes multimodes.
Débit maximum
Le débit maximum désigne la quantité maximale de données que la bre peut transmettre par unité de temps,
exprimée en bps (bits par seconde). Ce paramètre dépend de la bande passante de la bre et de la technologie
de transmission utilisée. Les bres monomodes sont capables de supporter des débits très élevés sur de
longues distances, tandis que les bres multimodes sont plus limitées.