TAI de Physique - Matthieu Ravey

TAI de Physique
La fibre optique
Pellé-Boudon Grégory
Ravey Matthieu

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Sommaire
Introduction ............................................................................................................................................. 2
Quelques rappels sur la lumière .............................................................................................................. 3
Fonctionnement de la fibre optique ....................................................................................................... 4
Principe physique ................................................................................................................................ 4
Les différents types de fibres optiques ................................................................................................... 5
Les fibres multimodes ......................................................................................................................... 5
Les fibres monomodes ........................................................................................................................ 6
Les différents domaines d’utilisation de la fibre optique ....................................................................... 6
Les télécommunications ...................................................................................................................... 6
La médecine ........................................................................................................................................ 6
Conclusion ............................................................................................................................................... 8
Bibliographie :.......................................................................................................................................... 9

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Introduction
Le principe de la réfraction interne totale de la lumière a été étudié depuis les années 1850 par
John Tyndall, mais ce n’est qu’après la découverte du laser dans les années 1960, que l’idée qu’elle
puisse être utilisée pour transmettre des informations sur une distance à travers des câbles est née,
c’était les premières fibres optiques. Aujourd’hui la toile de fibres déployée à travers le monde a
remplacé les câbles coaxiaux et mesure plus de 80 millions de kilomètres. Nous allons dans un
premier temps décrire le fonctionnement de cette technologie, puis nous listerons des domaines
majeurs où la fibre est utilisée.

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Quelques rappels sur la lumière
La lumière peut être considérée comme une onde et elle se propage en ligne droite (dans le
vide) à une vitesse de 300000km/s (3.18m/s). Le spectre de la lumière visible s’étend de 400nm à
750nm (du bleu au rouge).
Lorsque la lumière change de milieu, c'est-à-dire lorsqu’elle rencontre un obstacle, plusieurs
phénomènes se produisent. Ceux-ci sont illustrés par ce dessin :
Fig1 : Changement de milieu de la lumière
Le rayon incident [en rouge] arrive sur l’obstacle et à partir de là, une partie du rayon est réfractée
[en vert] (elle pénètre dans le deuxième matériau) et une autre partie est réfléchie [en bleu] (et une
petite partie est perdue). Une propriété importante est la conservation de l’énergie : l’énergie
transmise par le rayon incident est égale à l’énergie du rayon réfléchi plus celle du rayon réfracté
(plus la partie perdue). Une autre loi important qui sera très utile est la loi de Descartes :
n1 * sin(i1) = n2 * sin(i2)
Où n1 et n2 sont, respectivement, les indices des milieux 1 et 2.
Milieu 1
Milieu 2
i1
i2

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Fonctionnement de la fibre optique
Le but, en version simplifiée, de la fibre optique est de faire passer de la lumière dans un tuyau. En
effet, comme on l’a vu précédemment la lumière ne se déplace qu’en ligne droite, ce qui n’est pas
très pratique si on veut l’utiliser pour transporter des informations.
Principe physique
La fibre optique est composée d’un milieu de cœur en verre et d’un milieu enveloppe. Son principe
de fonctionnement est basé sur la réflexion totale de la lumière, ce qui permet la propagation sur de
longues distances. En effet, la lumière étant réfléchie totalement, aucune partie n’est diffractée et
ainsi il n’y a aucune perte de lumière. La lumière envoyée au départ est donc totalement reçue.
Fig2 : Schéma de la fibre optique :
L’ouverture numérique de la fibre, qui est le sinus de l’angle d’entrée (ici θi) doit être égal à :
. Cette équation doit être vérifiée pour que la lumière ne subisse aucune réfraction
pendant le parcours du trajet, étant ainsi transportée de façon optimale.
Démonstration :
On a :
θ2 = 
 – θ1
De plus on sait que θ2 > θl (où θl est l’angle limite du faisceau incident qui conduit à un angle réfracté
de 
 ). Et θl = arcsin( ).
Ce qui nous amène à :
 – θ1 > θl  θ1 <   – θl
Si on applique la loi de Descartes à l’entrée de la fibre on obtient :