BTS CIEL 2 Physique appliquée 2025-2026 Les fibres optiques Séquence 2 Résumé de cours Notions et contenus : • Connaître les principes de propagation de la lumière dans une fibre optique : réfraction et réflexion totale • Savoir déterminer les caractéristiques principales d’une fibre optique à partir d’une documentation technique : type de fibre, 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 3 × 108 𝑚. 𝑠 −1. 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 𝒄 traverse ce matériau par rapport à sa célérité dans le vide. Il est défini par la relation 𝒏 = 𝒗, où 𝑐 est la célérité de la lumière dans le vide et 𝑣 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 : 𝒏𝟏 × 𝒔𝒊𝒏(𝒊𝟏 ) = 𝒏𝟐 × 𝒔𝒊𝒏(𝒊𝟐 ) Cela permet de prédire comment la lumière va changer de direction lorsqu'elle entre dans un nouveau matériau. II - Caractéristiques des fibres optiques Les fibres optiques sont des composants essentiels dans les systèmes de communication modernes, permettant la transmission de données sur de longues distances avec une grande efficacité. Pour bien utiliser et choisir une fibre 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 fibre Il existe principalement deux types de fibres optiques : les fibres monomodes et les fibres multimodes. Les fibres monomodes ont un cœur très fin qui permet la transmission d'un seul mode de lumière, ce qui les rend adaptées aux longues distances et aux débits élevés. Les fibres 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 fibre. 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 fibre. 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 fibres 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 fibre à transmettre des données, mesurée en 𝑀𝐻𝑧. 𝑘𝑚. Plus la bande passante est large, plus la fibre peut supporter des débits élevés. Les fibres multimodes sont souvent limitées en bande passante en raison de la dispersion modale (voir TP), tandis que les fibres monomodes offrent 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 fibre et être guidée efficacement. Cet angle dépend de l'indice de réfraction du cœur et de la gaine de la fibre. Un angle d'ouverture plus large permet une meilleure captation de la lumière, ce qui est particulièrement important dans les systèmes multimodes. 𝑂𝑁 = sin(𝜃0 ) = √𝑛1 2 − 𝑛2 2 Débit maximum Le débit maximum désigne la quantité maximale de données que la fibre peut transmettre par unité de temps, exprimée en bps (bits par seconde). Ce paramètre dépend de la bande passante de la fibre et de la technologie de transmission utilisée. Les fibres monomodes sont capables de supporter des débits très élevés sur de longues distances, tandis que les fibres multimodes sont plus limitées.
