Technologie de l`optique guidée

MASTER PRO 2 EN TELECOMMUNICATIONS
TECHNOLOGIE DE L’OPTIQUE GUIDEE
Leçon 1 :PRINCIPE,PROPRIETESETTECHNOLOGIES
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Equipe des concepteurs :
- Martin KOM
- Jean EYEBE FOUDA
- Guillaume KOM
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REPUBLIQUE DU CAMEROUN
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ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE
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REPUBLIC OF CAMEROUN
Peace - Work – Fatherland
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UNIVERSITY OF YAOUNDE I
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NATIONAL ADVANCED SCHOOL
OF ENGENEERING
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Séquence 1 2ième partie
1.2 Propriétés des fibres optiques
1.2.1. Introduction
En tant que canal de transmission, la fibre optique est sujette, comme tout autre canal
de transmission, à des déperditions de puissances du signal optique. On peut attribuer ces
pertes de puissances à deux types distincts de causes :
- les pertes dues à la nature et la structure de la fibre optique (atténuation ou affaiblissement
intrinsèque)
-les pertes liées à l’utilisation de la fibre optique dans les liaisons optiques (pertes de
raccordement, de courbures de microcourbure.)
Ce phénomène d’atténuation, de même que la bande passante , sont les principales propriétés
des fibres optiques que nous examinons ci-dessous.
1.2.2 Pertes dues à la nature et la structure de la fibre optique et conséquences.
Atténuation ou affaiblissement intrinséque : « Fenêtres optiques »
L ‘affaiblissement ou l’atténuation de la fibre optique est due essentiellement à l’absorption
et à la diffusion de la lumière dans le milieu diélectrique de la fibre. Les impuretés et les
inhomogénéités dans le matériau sont des sources de perte de puissance optique transmise. La
réduction de cette atténuation est donc avant tout une affaire de technologie et de méthode de
production. La courbe typique de l ‘atténuation spectrale du matériau de fabrication de fibre
optique (silice) est présenté sur la figure 1.15 :
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Fig 1.15 : Atténuation spectrale du matériau de fabrication de la fibre optique (silice)
Fig 1.16 : Gammes d’ondes utilisées dans les fibres optiques
La valeur limite de l’affaiblissement est donnée par la loi de Rayleigh, qui affirme que la
puissance optique absorbée décroît comme λ–4. les pics de la courbe sont dus aux résonances
des ions OH- présents comme impuretés dans la fibre.
On remarque l’existence de trois fenêtres spectrales, régions où l’atténuation est minimale.
Les fibres optiques fonctionnent actuellement dans ces trois fenêtres : elles définissent donc
les gammes d’ondes utilisées en communication optique. On les appelle « fenêtres optiques »
1.2.2.1. Réponse impulsionnelle d’une fibre optique
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On appelle réponse impulsionnelle d’une fibre optique l’enveloppe du signal à la sortie de la
fibre lorsqu’on émet à l’entrée une impulsion supposée rectangulaire de lumière extrêmement
brève (à l’instar de l’impulsion de Dirac), et non le signal optique lui-même (contrairement à
la réponse impulsionnelle d’une ligne)
La Fig 1.17 donne une idée de la forme de h(t), normalisée par rapport à sa valeur maximum,
en fonction de la longueur d’une fibre à saut d’indice. (elle a été calculée à partir d’hypothèses
simplificatrices)
Pour caractériser globalement la réponse h(t), on définit sa durée efficace dheff comme étant
l’écart-type d’une distribution ayant comme densité de probabilité une fonction h’(t)
proportionnelle à h(t).
H(t)= [ ∫0 t² h’(t) dt ] - [∫0 t h’(t) dt ]² ]1/2 (30)
Avec h’(t) tel que ∫0 h’(t) dt =1
Fig 1.17 : Réponse impulsionnelle normalisée d’une fibre à saut d’indice
Fig 1.18 :Effet de la longueur sur la durée efficace de la réponse impulsionnelle
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L’observation expérimentale de la réponse impulsionnelle des fibres optiques permet de tirer
les conclusions suivantes (Fig 1.17).
* Conformément au calcul de la distorsion de temps de propagation linéique ∆حg, la
dispersion modale conduit à une réponse impulsionnelle dont la durée efficace dheff croît
linéairement avec la longueur l de la fibre pour des fibres courtes.
• à partir d’une certaine longueur critique l>lcrit, dont la valeur varie énormément d’une
fibre à l’autre, et même selon l’état de la fibre (de quelques mètres à quelques
kilomètres), le coulage des modes fait que la durée efficace dheff croit moins
rapidement et tend vers une dépendance en l ( Fig 1.18).
• lorsque l >> lcrit, la forme de la réponse impulsionnelle h(t) devient
approximativement gaussienne . Elle eput alors être approchée par :
h(t) =
heff
d π 2
1
exp (-t²/2d²heff) (31)
Sa durée efficace dheff égale à l’écart-type de la distribution de Gauss, correspond à la
moitié de la durée mesurée à hmax/e =0,6hmax (Fig 1.17) (32)
On constate donc que le couplage des modes a un effet favorable sur le comportement
temporel des fibres longues, au prix cependant d’un affaiblissement supplémentaire.
1.2.2.2. Réponse fréquentielle d’une fibre optique
La réponse fréquentielle optique est donnée par la variation de l’affaiblissement en fonction
de la longueur d’onde ( Fig .1.15). Une fois la longueur d’onde choisie dans l’une des
« fenêtres» optimales, l’intérêt se porte plutôt sur la réponse fréquentielle relative à
l’enveloppe du signal optique, car contrairement à ce qui se passe sur les lignes métalliques,
mais de manière analogue aux transmissions radioélectriques, c’est cette enveloppe, et non le
signal optique qui contient en fait l’information à transmettre.
La réponse fréquentielle est alors déterminée par phénomènes de dispersion et de couplage
des modes. La fonction de transfert qui la caractérise est la transformée de fourier de la
réponse impulsionnelle h(t). En particulier, pour une fibre longue où h(t) devient gaussienne
(voir relation de h(t) précédente) ,H(f) est aussi une fonction de GAUSS :
H(f)= TF h(t) = exp (-2 Π f²d²heff) ) (33)
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