Petite Classe d’Optoélectronique n°1 Conception d’un réseau de communication sur fibres optiques Le but de cet exercice est de comparer les différentes caractéristiques des fibres optiques disponibles sur le marché pour concevoir un réseau de communication sur fibre optique réalisant le meilleur compromis performance/coût. Le réseau est constitué de fibres optiques, d’épissures et de connecteurs. La longueur maximale du réseau de communication souhaitée est de 300m lors de l’installation, deux mises à jour du réseau porteront cette distance à 1km puis 10km. Les débits envisagés sont compatibles de l’Ethernet 10Mbit/s et 100Mbit/s pour la seconde version du réseau. Pour des raisons de sécurité oculaire, la puissance injecté dans la fibre ne doit pas dépasser 1mW. I– Généralités I-1. Rappeler les différents types de fibres que vous connaissez I-2. Préciser les différents avantages/inconvénients de chacune de ces fibres. I-3. En déduire les critères de sélection du type de fibre vis-à-vis de l’application II– Etude des fibres optiques II–1. Pertes par réflexion de Fresnel La puissance transmise au niveau d’une interface est obtenue par les pertes par réflexion de Fresnel qui s’observent à chaque interface. Elle s’obtient grâce à la relation suivante : N 2 PTransmise 10log Popt Pi CFresnel i 1 Où Popt est la puissance totale couplée dans la fibre (en mW), Pi est la puissance incidente du rayon n°i sur l’interface (en mW), CFresnel le coefficient de réflexion de Fresnel et N le nombre de mode dans la fibre envisagé. On considérera que le coefficient de Fresnel est indépendant de la longueur d’onde et que celui-ci vaut 0.05. 1. Calculer le nombre de mode pour les différentes fibres aux trois longueurs d’onde centrale des fenêtres de transmission. 2. Calculer alors les pertes par réflexion de Fresnel à chaque interface pour les trois types de fibres et aux différentes longueurs d’onde. PC Optoélectronique II–2. Bande passante 1. Afin de calculer la bande passante de chaque fibre, montrer que la dispersion intermodale pour les fibres à saut d’indice peut se mettre sous la forme : s L(ON)2 4 3n1c Où ON est l’ouverture numérique de la fibre et L la longueur de transmission (Cf cours : dispersion intermodale). 2. Calculer alors la dispersion intermodale de chacune des fibres. 3. En plus de la dispersion intermodale, il est nécessaire de tenir compte de la dispersion chromatique (ou dispersion intramodale). Pour cela on considérera que l’indice peut se mettre sous la forme : 4 S0 0 C() 1 4 Ou S0 est la pente de la courbe de dispersion chromatique et 0 la longueur d’onde pour laquelle la dispersion est nulle (0=1300nm). On prendra S0=0.09ps/nm²/km. Calculer la dispersion chromatique de chacune des longueurs d’onde envisagée. 4. En déduire le débit maximal de modulation des fibres pour les différentes longueurs de réseau envisagées. III– Etude de la source et du couplage 1. Calculer la perte à l’injection dans le guide (en dB), pour les différents couples source-fibres Optique, dans le cas d’un couplage direct de la surface émissive sur la face d’entrée de la fibre. On négligera, ici, les pertes par réflexion de Fresnel. 2. En déduire les puissances d’émission nécessaire par chaque source pour satisfaire aux conditions de sécurité oculaire. IV- Bilan de liaison et conclusion 1. En considérant les sensibilités et les courants d’obscurités donnés pour les deux types de détecteur, calculer la distance maximale de transmission pour chaque couple précédent. 2. Compléter le tableau donné en annexe et conclure sur le choix d’une solution, qui satisfait aux exigences du cahier des charges et au meilleur compromis coût/performance. E.S.M.E.-Sudria -2- 17/04/17 PC Optoélectronique Caractéristiques des fibres optiques utilisées Fibres Diamètre optiques cœur Saut d’indice 50 (FSI) Gradient d’indice 50 (FGI) Monomode 8 Unités µm Atténuations 850nm 1300nm 1500nm Indice cœur Indice gaine 1.50 1.48 3 1 0.5 0.2 1.50 1.48 2 0.8 0.3 0.5 1.50 - 1.49 - 1 0.5 dB/km 0.1 1 €/m Coût Caractéristiques des émetteurs utilisés Emetteurs Largeur spectrale Temps de montée Dimensions surface émissive Diagramme de rayonnement Coût DEL 20 10 200 Lambertien 10 2 0.3 0.4x10 6° / jonction 10° jonction 100 nm ns µm µm € Diode Laser (DL) Unités Caractéristiques des récepteurs utilisés récepteurs PIN (seule) Photodiode à avalanche (PDA) Unités E.S.M.E.-Sudria Courant d’obscurité 850nm 1300nm 1500nm Temps de montée Coût 0.5 0.8 1 5 10 0.8 0.5 1 1 100 ns € µA -3- 17/04/17 Saut d’indice (MM-SI) Gradient d’indice (MM-GI) Longueur d’onde Nombre de Pertes de Dispersion Dispersion modes Fresnel intermodale chromatique Bande passante 850 nm 1300 nm 1550 nm 850 nm 1300 nm 1550 nm 850 nm 1300 nm 1550 nm Multimode Type de fibre Saut d’indice (MM-SI) Gradient d’indice (MM-GI) Mono Saut d’indice (SM-SI) Comparaisons croisées Multimode Monomode Grandeurs systèmes des fibres Type de fibre Saut d’indice (SM-SI) Longueur d’onde 850 nm 1300 nm 1550 nm 850 nm 1300 nm 1550 nm 850 nm 1300 nm 1550 nm DEL Laser Longueur de transmission DEL Laser Puissance d’émission DEL Laser Coût PC Optoélectronique E.S.M.E.-Sudria -5- 17/04/17