TPMS_TS2\SERIE1_physS_TS2\08_fibre1_TS2

LEGT Saint-Louis
TS2 Génie Optique Photonique
TP Phy 582672203
SAMSO
laser ?
TRANSMISSION PAR FIBRE
OPTIQUE
2.1.2 Récepteurs (voir cadre2)
Deux types de récepteurs sont utilisés en optoélectronique. Ils sont alimentés sous tension inverse
uR (R comme reverse) et parcourus par un courant
inverse iR.
Durée: 3H. Ce T.P. comporte 3 pages.
1. MATERIEL / LOGICIELS /
DOCUMENTS A VOTRE DISPOSITION

Kit Educoptic- Cordons optiques - Manuel d'utilisation - Multimètres - GBF - Cordons BNC – Oscilloscope TDS 310 - Micro-ordinateur + câble de liaison
série avec oscilloscope - Logiciel Excel – Logiciel
Reflecto.
La photodiode PIN fonctionne à uR constant
et son courant est proportionnel à la puissance lumineuse P reçue : iR = S.P
(S :
sensibilité en A/W)

La photodiode à avalanche (PDA ou APD)
peut fonctionner à uR variable ; iR dépend de
2. TRAVAIL DEMANDE
2.1 Travail de préparation
2.1.1 Emetteurs (voir cadre1)
En optoélectronique, deux types d’émetteurs sont
utilisés, qui peuvent émettre un signal continu, modulé ou pulsé.

La diode électroluminescente (DEL ou
LED) est alimentée sous tension directe u.
Elle émet une puissance lumineuse PDEL
lorsqu'elle est traversée par un courant direct
courant direct iF (F comme forward). Sa
caractéristique
optoélectronique
P et de uR :
iR = M.S.P
(M : coefficient d'amplification dépendant de
uR).
Sachant qu’un détecteur ne peut absorber des
photons que si leur énergie E est supérieure à un
seuil Eg correspondant à un intervalle (gap) entre 2
niveaux, donner pour quelles longueurs d’onde chacune de ces photodiodes est sensible :

Eg = 0,65 eV pour le Ge

Eg = 1,10 eV pour le Si
Chacun de ces capteurs est installé sur le kit Educoptic. L’un sert à détecter le signal à 850 nm et
l’autre celui à 1350 nm. L’équation qui relie le domaine de sensibilité du capteur à l’énergie de gap
est : (µm)  1,24
Eg (eV )
Affecter chaque capteur à la longueur
d’onde utile.
Une photodiode PIN dont la sensibilité est
de 0,53 A.W-1 reçoit une puissance de 24 W.
Quelle est la tension mesurée aux bornes
d’une résistance de 10 k placée en série
avec elle ?
Que devient cette tension si l’on remplace
la PIN par une PDA du même type ayant une
amplification M = 60 ?
principale
est: PDEL =f(iF) à u constant est quasilinéaire.

PDEL = k.iF (k : efficacité énergétique constante en W/A)

La diode laser (DL ou LD) est aussi alimentée sous tension directe u. Sa caractéristique
optoélectronique principale est: PDL = f(iF)
2.1.3 Valeur moyenne et efficace :
Soit la variable x qui prend successivement les 3
valeurs suivantes : xi = 3, -5 et 8.
Calculer la valeur
moyenne de x appelée
aussi
composante
n’est pas linéaire.
Sachant qu’une DEL émet une puissance de
21µW pour un courant iF
de 30mA,
Calculer son efficacité énergétique
Quelle sera la
puissance émise si
le courant devient
égal à 50mA.
Qu’est-ce que le coucadre 1
rant de seuil d’une diode
582672203
continue x  xm 
x
i
n
Calculer la valeur
efficace
de
x:
X ef f 
Page 1/4
 x 
i
n
2

 x 
i
2
Cadre 3
16/04/2017
LEGT Saint-Louis
TS2 Génie Optique Photonique
TP Phy 582672203
SAMSO
leurs correspondantes de IPIN.
Calculer la composante alternative de x xa  xi  x
Calculer la valeur efficace de xa X aef f 
 x 
d) Dans un fichier Excel, calculer la puissance
i
reçue par la PIN pour iF=50 mA : P
 PIN50
2
a
PIN50
n
Vérifier que ; Xeff2=xm2+Xaeff2
S
e) Connaissant la puissance émise par la DEL
pour iF = 50 mA , en déduire le rendement de
Recommencer avec la fonction : U=4+3sin(wt),
avec t qui varie indéfiniment en sachant que la valeur
moyenne de sin(wt) est nulle et que sa valeur efficace est ½0,5 (la valeur moyenne de sin2(wt) est ½).
Remarques :
la valeur moyenne est visualisée avec un oscillo
sur position CC et est mesurée avec un voltmètre sur
position continue.
la valeur efficace est visualisée avec un oscillo sur
position AC et est mesurée avec un voltmètre sur
position AC à condition que cet appareil soit spécifié
true RMS (Root Mean Square) c.à.d. valeur efficace
vraie.
la connectique :   PPIN (si on ne démonte
PDEL
pas la connectique, le rendement est constant)
f) Pour les différentes valeurs de iF, on peut calculer PPIN puis remonter à PDEL.
g) Tracer PDEL = f(iF).
h) Conclusion : pourquoi ce composant est-il
bien adapté pour transmettre un signal analogique ?
2.2 Travail pratique
PRECAUTIONS D’UTILISATION
Baisser les potentiomètres. Couper l'alimentation
du module 850 nm.
Prendre le manuel Educoptic. Lire les précautions d'emploi et veiller en particulier à ce que les
potentiomètres soient en position minimale avant
la mise sous tension et avant la coupure du circuit d'alimentation.
2.2.2 Etude du récepteur PDA au germanium du
module 1300 nm.
Utiliser la DEL et la PDA au germanium du module 1300 nm. Consulter le manuel d'utilisation.
Relever la composition du module et les caractéristiques optiques des composants de ce module.
Vérifier les potentiomètres. Faire la liaison optique. Brancher les voltmètres.
Faire vérifier le montage avant de mettre sous tension.
REMARQUE GENERALE
On constate que les courants sont toujours
mesurés indirectement en prélevant la tension au
bord d'une résistance connue. Intensité : multimètre sur position voltmètre.
2.2.1 Etude de l'émetteur DEL du module 850 nm
Utiliser la DEL et la PIN du module 850 nm. Consulter le manuel d'utilisation.
Relever la composition du module et les caractéristiques optiques des composants de ce module.
a) Régler iDEL = 30 mA. Faire varier uR. Sous
Excel, faire un tableau en relevant uR et la
valeur correspondante iR . Surligner la valeur
l'entrée optique du récepteur PIN par un cor-
particulière iR0 qui correspond à uR = 4 V.
b) Idem pour iDEL = 70 mA
c) puis pour iDEL = 110 mA
don optique (jarretière).
d) Dans le tableau, calculer: M  i R
a)
Relier la sortie optique de la DEL à
b)
iR0
Brancher les voltmètres pour mesure
e) Tracer le graphe M = f(uR).
iF de la DEL et iR de la PIN.
Faire vérifier le montage avant de mettre sous
tension.
f)
Tracer sur un même graphe M = f(uR) pour
les trois valeurs de iDEL.
c) Porter iF à sa valeur maximale puis le faire va-
g) Conclusion : de quoi dépend M ? Que de-
rier jusqu'à 0 en notant la valeur particulière
viendrait cette fonction en cas de saturation
50 mA. Relever (environ 12 points) les va-
de la PDA ?
582672203
Page 2/4
16/04/2017
LEGT Saint-Louis
TS2 Génie Optique Photonique
TP Phy 582672203
Baisser les potentiomètres. Couper l'alimentation
du module 1300 nm.
SAMSO
varier légèrement iF et le régler à la valeur minimale permettant d’obtenir un signal de sortie
2.2.3 Etude d'un récepteur PDA au silicium.
Utiliser la DEL du module 850 nm et la PDA au
silicium du module rétrodiffusion alimentée
sous la tension inverse maximale.
Consulter le manuel pour relever les caractéristiques de la PDA au silicium.
Relier à l’aide de jarretières :
 la sortie DEL à l'entrée de la bobine F1
 la sortie de F1 à la PDA au silicium du
module rétrodiffusion.
Brancher le voltmètre qui mesure iF de la
DEL et le voltmètre qui mesure le courant iR
de la PDA sur la sortie « signal rétrodiffusé ».
Régler la DEL à son intensité maximale et
alimenter la PDA du module rétrodiffusion
sous une tension voisine de 170 V.
Que constate-t-on lorsque le courant DEL
diminue? Montrer à un professeur.
Diminuer le courant DEL afin que la tension
permettant de mesurer le courant iPDA reste
inférieure à 9 V. Ne plus modifier sa valeur.
Faire varier UR entre 0V et sa valeur maximale. Relever iR=f(UR) en appelant iR0 la valeur particulière qui correspond à UR voisin
de 20 V.
Calculer
M
iR
iR0
fidèle (sans écrêtage par le bas) au signal
d’entrée de la liaison.
Faire vérifier le montage.
Pour chaque observation et mesure, transférer le
signal de l’oscilloscope vers le micro-ordinateur.
Imprimer les graphes sur une même feuille sous
Word, en précisant si l’on est sur la positon AC ou
DC, et sauvegarder le fichier,
c) En utilisant le mode DC de l'oscillo (dans horizontal menu) on visualise le signal complet.
Mesurer (en validant la touche mesure sur la
bonne voie de l’oscillo) la valeur efficace U, la
composante continue us et la valeur crête à
crête
 
us  us de ce signal.
d) En utilisant le mode AC de l'oscillo, on visualise la composante alternative. Mesurer la va-
usa
 
et la valeur crête à crête us  us de ce signal.
leur efficace Ua , la composante continue
e) Calculer le taux d'ondulation : Ω 
Ua
us
2.2.4.2 Tension sinusoïdale
Tracer sur un graphe M = f(UR) pour la PDA
au silicium et fournir le fichier.
Conclusion : comparer à la caractéristique de
la PDA au germanium.
a) Refaire les mêmes mesures avec cette fois à
l'entrée une tension sinusoïdale de valeurs
2.2.4 Transmission d'un signal modulé
Ne pas changer le montage ; enlever le voltmètre
branché sur la sortie « signal rétrodiffusé ».
2.2.4.1 Tension créneaux
Régler au préalable à l'aide d'un oscillo le signal
de sortie d'un GBF (prévoir un T et des cordons
BNC) pour avoir une tension créneaux +1 V, -1 V de
fréquence 100 kHz. Montrer à un professeur
a) Régler iF à environ 5 mA et envoyer en dérivation le signal du GBF sur l'entrée modulation
de la DEL. Que constate-t-on à l'oscillo ? Con-
crêtes +1 V, -1 V ,de fréquence 100 kHz.
Faire des impressions des différents écrans de
l’oscillo en précisant si l’on est sur la positon AC
ou DC et fournir les fichiers
Ua
b) Calculer le taux d'ondulation: Ω 
us
c) Vérifier de plus que, dans ce cas, la valeur efficace de la composante alternative vaut:
Ua 
 
us  us
2 2
Baisser les potentiomètres d’alimentation. Couper
les alimentations des modules 850nm et rétrodiffusion.
clusion : expliquer le problème d’impédance et
dire comment on pourrait le résoudre.
b) Observer le signal en sortie de fibre (sotie dite
rétrodiffusion) sur l'autre voie de l'oscillo. Faire
582672203
Page 3/4
16/04/2017
LEGT Saint-Louis
TS2 Génie Optique Photonique
TP de Physique 582672203
SAMSO
NOMS : …………………………….
Date : ………………….
………………………….
………………………….
FEUILLE A RENDRE EN FIN DE SEANCE
Barème de correction
§
Travail à faire
2.1
Travail théorique
2.2
Travail pratique. Vérification des montages
Pts sur
place
Pts.
rapport
Remarques
___/6
___/3
Relever la composition du module et les caractéristiques de la
DEL: Faire un tableau Excel. Tracer PDEL = f(iF),Conclusion
PDA au Ge. Faire un tableau en relevant uR et la valeur correspondante iR pour chaque valeur de iDEL. Calculer M. Tracer sur
2.2.2
un même graphe M = f(uR) pour les différentes valeurs de iDEL.
Conclusion
PDA au silicium Que constate-t-on lorsque le courant DEL
2.2.3 diminue? Relever iR=f(UR). Calculer M. Tracer sur un graphe M
= f(UR) pour la PDA au silicium. Conclusion
Transmission d'un signal modulé.
2.2.4 Faire des impressions et fournir les fichiers. Calculer le taux
d'ondulation
2.2.1
Les points dans les champs grisés sont attribués sur place. À la correction, ces points
ne seront plus reportés sur le compte-rendu.
___/3
___/2
___/2
___/4
Note : ___/20
Remarques des élèves (problèmes matériels, erreurs dans le sujet, …) :
Page 4/4-
4/16/2017