La présentation de Si Hassan Ammor

Ecole Mohammadia d’Ingénieurs
Filière Réseaux&Télécommunications
Les Fibres optiques
Professeur AMMOR Hassan
Docteur en Techniques Microondes
Docteur d’état en Électronique et Télécommunications
2016
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PLAN
• Introduction générale
Caractéristiques principales des supports de transmission
* But des communications par fibre optique
* Les grandes mutations techniques des télécommunications
* Les systèmes des télécommunications
Constitution et propriétés des Fibres optiques
* Historique
* Constitution d’une fibre
* Principales propriétés des fibres optiques
* Critères de comparaison
* Fabrication de fibres optiques et de câbles optiques
- La fibre de verre
- La fibre optique en plastique
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Principaux types de fibres optiques:
* Les fibres multi-modes à saut d'indice
* Les fibres multi-modes à gradient d'indice
* Les fibres monomodes
• Protocoles de communication pour fibre optique:
* FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
* SONET (Synchronous Optical NETwork)
• Caractéristiques physiques des fibres optiques
* Principe de guidage de la lumière sur fibre optique
* Fréquence normalisée
* Nombre de modes dans une fibre optique
* Ouverture numérique
* Angle d’acceptance maximal
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Les Fibres Optiques
Fabrication de la fibre optique:
• Procédure de fabrication :
* D’une manière générale
* La préforme
- Le tube ébauche
- La gaine
- Le cœur
- Le fibrage
– Procédure appropriée à chaque type
* Fibre monomode
* Fibre à gradient d’indice
* Fibre à saut d’indice
* Fibre active
• Câblage
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Les Fibres Optiques
Les applications de la fibre optique
1-Les Télécommunications .
* Multiplexage .
* Différentes technologies de multiplexage
2- La médecine
3-Les capteurs de mesure.
4- L’éclairage par fibre optique
La pose de la fibre optique terrestre et sous-marin
Le record de la fibre optique
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Les Fibres Optiques
Définition
• La fibre optique est « tuyau »,entouré d’une gaine, qui
réfléchit la lumière à travers celui-ci.
• Elle permet grâce à la technologie actuelle de
transporter des données et autres types d’informations,
et par exemple, une connexion Internet
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La lumière
Les ondes utilisées pour les fibres dépassent 750nm
(rayons infrarouges).
• On utilise souvent le laser pour amplifier le rayon
lumineux => réduire les pertes de la fibre optique.
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INTRODUCTION GENERALE
• Une nouvelle ère des télécommunications s’est sans doute
ouverte avec l’apparition de la fibre optique à faible
atténuation au début des années 70.
• Les 4dB au Km annoncés en 1972 apparaissaient déjà
comme très intéressantes pour la conception de systèmes de
transmission, même si la capacité en bande de fréquence
demeurait alors modeste (une trentaine de MHz pour un Km).
• Les études menées depuis cette date ont permis de mettre au
point des fibres nettement plus performantes puisque l’on
parle aujourd’hui d’atténuation descendant aussi bas que
0,2dB/Km avec une bande de plusieurs dizaines de GHz
pour un kilomètre.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Ces deux qualités essentielles des fibres disponibles
aujourd’hui (très faible atténuation et large bande
passante) font de ces minces fils de silice un support de
premier choix pour les transmissions, et ceci d’autant
plus qu’elles ne présentent pratiquement pas
d’inconvénient en contre-partie, mises à part quelques
difficultés liées à la nouveauté.
• Elles ont été retenues pour les liaisons numériques
interurbaines où elles remplaceront à moyen ou à long
terme, selon les pays, les traditionnels câbles
métalliques. Mais, elles constituent aussi dès
aujourd’hui un élément de base pour la construction
des réseaux câblés.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• A côté des deux qualités de base citées plus haut, la
fibre optique présente certains d’autres avantages moins
fondamentaux pour les télécommunications, mais par
contre essentiels pour des domaines tels que
l’aéronautique, l’informatique, le contrôle industriel
etc….
• La fibre optique est légère, peu encombrante, flexible
• Le caractère diélectrique de la fibre fait qu’elle est
parfaitement isolée des sources de tension ou courant
qui peuvent l’environner.
• Le guidage de l’onde lumineuse dans un milieu bien
fermé et protégé évite des interférences du signal avec
d’autres signaux extérieurs et protège en particulier la
transmission de tout parasite extérieur.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Donc, immunité aux bruits électromagnétiques et
sécurité du réseau.
• De plus, il est difficile de prélever l’information
sur la fibre, ou en tout cas l’opération peut être
assez facilement détectée.
• Une liaison par fibre optique fonctionne de la
lumière selon le protocole suivant:
* Le signal électrique entrant subit d’abord une
remise en forme et une éventuelle amplification.
* Il est ensuite injecté dans la commande du
courant d’alimentation de la diode émission , dont
la puissance de sortie est linéaire par rapport à ce
courant.
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Diode Laser ou Electro-luminescente
Signal
Fibre optique
électrique Emetteur
Signal
Récepteur électrique
Photodiode
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L'émetteur
Son rôle est de convertir le signal d'entrée en signal
optique et de l'injecter dans la fibre. Il est généralement
constitué d'un laser à semi-conducteur.
Un laser permet d'amplifier la lumière et de la rassembler
en un faisceau étroit. Ceci rend la lumière d'un laser
extrêmement directionnelle.
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
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Il existe deux types de fibre :
Fibre monomode
Fibre multimode à saut d’indice
Fibre multimode à gradient d’indice
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
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Le récepteur
Il permet de convertir la puissance optique reçue en
puissance électrique. Ainsi, le signal d'entrée est restitué au
niveau de la sortie.
Généralement, la détection de la lumière se fait avec une
photodiode. Ce détecteur est associé à un amplificateur
pour former le récepteur.
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
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• C’est donc un signal lumineux modulé en puissance qui voyage
dans la fibre optique. A la réception l’onde lumineuse qui arrive
affaiblie par les pertes de propagation est encore suffisamment
forte pour induire, à l’intérieur du matériau de la diode
réceptrice. Un courant qui suit exactement les variations de la
puissance optique.
• Après amplification de ce courant, on retrouve donc le signal
électrique initial, à de légères déformations près.
• La liaison optique actuelle est donc extrêmement simple dans son
principe, mais fait appel à des éléments de plus en plus
performants;
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
* Les informations à transmettre:
• Les télécommunications, en utilisant des fréquences de
plus en plus élevée, ont considérablement étendu,
depuis un siècle, le champ de leurs applications:
- Télégraphie puis téléphonie, à la fin du 19e siècle;
- Radiodiffusion et télévision, à partir de 1920 et 1930;
- Radar et systèmes de radionavigation, depuis 1940;
- Transmission de données numériques, depuis 1960;
- Télématique, depuis 1980 (c’est l’ensemble des
techniques qui mettent à la disposition des usagers les
moyens et les applications de l’informatique grâce à
l’utilisation d’une liaison de télécommunications.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
•
Dans les années 1930, la mise au point du premier tube
micro-onde, le magnétron et le premier antenne microonde, le réflecteur paraboloïdal, ont permis le
développement d’un système spécifiquement microonde : le radar (pour Radio Detection and Ranging).
Des recherches importantes ont été réalisées dans les
grands pays industrialisés.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La Fibre optique
• Un système de communication à fibre optique est illustré
par la figure suivante:
Câble Fibre
optique
Source
Emetteur
Récepteur
Utilisateur
• Historique:
Depuis longtemps, la lumière visible fut un outil de
communication à distance (utilisation de la fumée et de
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miroir pour la transmission de message)
Cependant, la transmission de la lumière à travers l’atmosphère n’est
pas pratique et non fiable(techniques lentes et ennuyeuse), à cause des
conditions atmosphériques ( brouillard, pluie, vapeur d’eau, oxygène
et particules dans l’air qui absorbent et atténuent les fréquences ultrahautes de la lumière).
D’où la nécessité de l’utilisation d’un guide d’onde : la fibre optique.
•1713: René de Reaumur fila le cristal pour la première fois
•1790: Claude Chappe inventa le « télégraphe optique» en
France.
•1854: John Tyndall (1820-1893) la lumière peut être
courbée en traversant un jet d’eau par simple réflexion
totale interne.
•1888: Les fontaines des Foires Internationales de Glasgow
et de Bartcelone sont illuminées.
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•1930: J.L. BRAID (G.B) et C.W. HANSELL (USA) ont breveté
une technique pour scanner et transmettre des images de TV sur
câble à fibre non gainée. H. LAMM (Allemagne) arrive à
transmettre les images TV sur une fibre de verre.
•1931: Owens-Illinois découvre la méthode pour fabriquer en série
des fibres de cristal pour Fiberglas.
•1950: Fibroscopie, 1ère fibre de verr en médecine 100dB/Km)
•1951: A.C.S. VAN HEEL (Pays-Bas) et H.H. HOPKINS (et N.S.
KAPANY (G.B) expérimentent la transmission de la lumière
sur fibre et développent la fibroscope utilisé dans le domaine
médical.
•1958: Invention de LASER, premières études de communication
lumineuse à travers de l’air. Les câbles de fibres disponibles en cette
période étaient extrêmement atténuantes (> 1000dB/Km).
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•1958: Invention de LASER, premières études de communication
lumineuse à travers de l’air. Les câbles de fibres disponibles en cette
période étaient extrêmement atténuantes (> 1000 dB/Km).
•1970: Découverte de la première F.O (250m) à faible pertes (<
20dB/km). Propagation de la lumière en laboratoire, de sources de
lumière de photo-détecteurs, …
•1971: Apparition du 1eère Laser à semi-conducteur à température
normale.
•1972: fibre optique à silice à 4 dB/Km (0,85m)
•1975: Corning Inc. Développe le premier câble de fibre optique .
Premiers essais de la part des compagnies de communications
téléphoniques.
*1980: Bell: réussi la transmission sur fibre de 109Bps à travers une
distance de 75 miles sans régénération . Et annonce l’installation de
611 miles de F.O dans le couloir nord-ouest des États unies. 22
1980: Sasktchewan telephone installe 3600Km de F.O. au
Canada.
•Première transmissionpar F.O. du signal de la T.V à
l’occasion des jeux Olympiques d’hiver de Lakeplacid.
1982: MCI loue le réseau de F.O. de new York à
Waschington pour travailler à 1310nm et pouvoir
transmettre 400Mbps.
1985: Liaison expérimentale à 2 Gbits/s (ATT)
1986: La liaison à travers le Canal de la Manche est
réalisée grâce à un câble sous-main .
1987: Liaison sous-Marine CC3 (Marseille Ajaccio)
1988: TAT-8 met en service le premier câble de F.O.
trans- Atlantique (280Mbit/s)
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1991: TAT-9, dernière génération de système sous-Marins
Régénérés Electroniquement.
1993: Système SDH sur F.O (16*140Mbit/s = 2,5Gbit/s
1995: TAT-11, première génération de liaison amplifiée (débit*8=5
Gbit/s)
1997: Systèmes SDH Amplifiés sur F.O
(16*2,5Gbit/s=40Gbits sur 100Km) (500000 communications simultanées)
1998: Fujitsu, NTT Labs et Bell Labs séparément, et en employant
des technologies différentes en essais de laboratoire, envoient
1 trillion de bits par seconde à travers d’une F.O (monomode)
(100*10Gbit/s)(12millions de com simult)
2000: TAT-14 avec amplifications 5000Km/160Gbit/s
(16*10Gbit/s)
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Amélioration progressive
1980-1985: Réduire l’atténuation pour aller plus loin
* le choix de la longueur d’onde
* des fibres beaucoup plus transparentes
1985-1990: Limiter la dispersion plus de débit
* le choix de la fibre optique monomode
* des sources monochromatiques
1995-2000: Toujours plus de portée
* l’amplification optique
* le multiplexage en longueur d’onde(WDM)
2000-2005: Les réseaux phoniques
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Toujours à la recherche
* Affaiblissement plus réduits
* Bande passante plus élevée
* Poids et encombrements plus réduits
• Insensibilité aux parasites
 Qualité , souplesse, sécurité, économie
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* La fibre optique :
- Constitution d’une fibre :
 Le cœur : milieu diélectrique intérieur
(conducteur de lumière) sous forme de cylindre de verre
extrêmement mince (5 à 100microns) ne conduisant pas
le courant, d’un indice de réfraction ni, où sera confinée
la plus grande partie de l’énergie lumineuse à véhiculer
 La gaine : le cœur est entouré d’une couche
concentrique de verre (gaine optique) d’un milieu
d’indice de réfraction plus faible, les pertes d’énergie se
produisant dans la gaine
 Le revêtement : l’ensemble (cœur+gaine) est
entourée de couches concentriques en plastique pour
fournir une protection mécanique.
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Composants d ’une fibre optique.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La fibre optique
Enveloppe protectrice
Coeur
Gaine optique
Cœur
Rayon réfracté
Rayon
réfléchie
Rayon incident
Gaine
n2
n1
Rayon réfracté n2
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• Principe de fonctionnement
– L’indice du cœur supérieure légérement à celui de la
gaine (condition essentielle de propagation de la
lumière)
=> confine la lumière
=> réflexion totale entre les deux éléments
– L’entrée de la lumière sous un angle adéquat
=> propagation à très faibles pertes
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
•Les fibres optiques sont non-conducteurs de l'électricité et n'irradie
pas de l'énergie; Ce sont des guides pour des ondes
électromagnétiques de fréquence élevées , dont certaines dans le
spectre visible.
•Leurs principales propriétés sont:
* Grande capacité, (énorme bande passante)
* Indifférence aux rayonnements ou parasites électromagnétiques
de tous genres (pas de radiations extérieurs)
- Immunité aux diaphonies causées par induction magnétique
entre câbles voisins ;
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
- Immunité aux interférences statiques causées par allumage,
moteurs électriques, lumières fluorescentes et autres sources
de bruit électrique ;
* Plus résistant à l'environnement (fonctionnement dans une plus
large plage de température ), et sont moins infectés par les
liquides et les gaz corrosifs; ou autres produits contaminant;
* Facile à installer et à maintenir (moins encombrants, moins
pesants);
* Sécurisés et légèreté …….
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Une fibre optique est constituée d’un cylindre de verre
(ou de plastique) extrêmement mince ( 5 à 100
microns), d’indice de réfraction n1, appelé noyau;
entouré d’une couche concentrique de verre ( ou de
plastique), d’indice de réfraction n2 (n1>n2) , appelé
gaine optique; ce noyau est capable de conduire un
rayon lumineux.
Enveloppe protectrice
Noyau
Gaine optique
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Un habillage étanche (sans aucune propriété
optique, généralement une ou plusieurs couches en
polymère ) appelé enveloppe protectrice les
protège de l’environnement qui peut altérer leurs
propriétés optiques ou physiques; il agit en tant
qu’absorbant de choques.
• La masse d'une fibre optique est d'environ 1/ 10e
de la masse d'un câble coaxial d'égale performance
pour les fibres optiques actuelles les moins
performantes
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La définition d'une fibre optique s'appuie sur la longueur d'onde
du signal électromagnétique qu'elle peut transporter
La longueur d'onde () est donnée par le rapport de la vitesse de
la lumière (en km/s) par la fréquence:
 = c/f = 3.108 m /f
• Les fibres optiques sont généralement utilisées dans
l’Infrarouge proche, soit à une longueur d’onde de
l’ordre du m. Les pertes relatives (dB/Km) en
fonction de la longueur d’onde montrent un
minimum autour de  =1550nm; et cette longueur d’onde
permet aussi des fibres à faible dispersion.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Longueur d’onde
0,85
Fréquence
(1014 Hz)
3,53
1,3
2,30
1,55
1,93
 (m)
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
LE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
Fréquence et longueur d’onde
=C/f
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La fibre optique est reconnu comme étant un support de
transmission très performant. Toutefois, cela fait quelques
années que l’intérêt pour les technologies optique connaît
un essor sans précédent, grâce à l’introduction du
multiplexage de la longueur d’one. Cette révolution
technique résulte de plusieurs facteurs:
* Une accélération de l’accroissement du débit de
transmission, fortement influencée par la croissance rapide
des communications de données, et de l’Internet en
particulier;
* La nécessité d’utiliser au maximum les réseaux de fibres
optiques existants;
* L’évolution de l’environnement concurrentiel
conséquent aux changements de réglementation.
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En raison des progrès récents dans la technologie des
transmissions optiques, les réseaux optiques sont devenus la
future tendance des réseaux de transmission à capacité
élevée. La technologie de la fibre optique bénéficie de
capacités potentielles:
* Une largeur de bande énorme,
* Une faible atténuation du signal (en dessous de 0,2 dB/m),
* Une faible déformation du signal,
* l'indifférence aux rayonnements ou parasites
électromagnétiques de tous genres.
* Une faible alimentation électrique,
* Un petit espace requis et
* Un prix réduit
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La suite des révolutions technologiques connues dans
le domaine des communications sur fibre optique a
débutée par l’ouverture de la fibre de Silice aux
fenêtres de transmission dites « longue et très longue
distance » à 1300 et 1500 nm, qui a été suivie par
l’avènement de source laser performantes, fiables et de
coût raisonnable, et enfin par le déferlement des
amplificateurs optiques à fibre dopée dans les réseaux
de transmission.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Critères de comparaison
• Les milieux de transmission seront
comparés en utilisant les critères suivants:
* Atténuation en fonction de la fréquence
* Largeur de bande en fonction de la longueur
de transmission
* Encombrement (taille)
* Coût
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Le regroupement de plusieurs fibres constitue un
câble optique. La fibre optique offre des
possibilités variées, allant du contrôle de la
distribution d'énergie électrique à l'instrumentation
industrielle. Nous nous limiterons ici toutefois aux
applications se rapportant à la transmission des
signaux de télécommunications.
- Les fibres optiques sont des guides pour des ondes
électromagnétiques de fréquences très élevées,
dont certaines sont dans le spectre visible.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Théorie de la communication
* Le nombre d’informations transmises /s ne peut
excéder la fréquence de l’onde porteuse.
* Pas plus d’un bit par période d’onde.
• Débit: cette propriété montre l’intérêt d’utiliser
des signaux optiques dont les fréquences vont de
1014 Hz à 1015 Hz.
• Plus faibles pour les signaux radios 105 à 1010 .
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Autres avantages:
• Avec les fibres optiques une très longue portée
est assurée:
Exemple: un débit de 1 Gégabit/s, à cette
fréquence l’onde porteuse doit être au moins de
109 Hz.
• Cas du coaxial en cuivre:
- Perd 99% de l’énergie au bout de 1 km.
- ça sera pire pour les fréquences plus élevées.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Débit
Fibres optiques
A 2.1014 Hz, la fibre optique présente encore
une transmission de 95% de la lumière
 Ce qui permet une très longue portée
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Historique d’optique dans les réseaux
• 1980: liaison expérimentale (7Km / 34Mbits /s)
• 1985: premières liaisons interurbaines 50Km /
140Mbits/s
• 1989: 157Km /140Mbits /s
• 1993 : liaisons terrestres SDH de 100Km /2,5Gbits/s
• 2000: liaisons transatlantiques TAT-14 avec
amplificateurs 5000Km / 160Gbits/s
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Évolution des câbles sous-marins
Capacité
1996
TAT-12/13
600000 voies
1000 $
1956
TAT-1,
89 voies
55700$
1970
TAT-5
1440 voies
49000 $
2001
TAT-14
8000000 voies
100 $
1986
TAT-8
37800 voies
9000 $
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Différents types de fibres optiques
• Il existe, actuellement trois types principaux de
fibres optiques:
– les fibres monomodes
– Le rayon laser est canalisé (dimension du cœur très
petites)
- Les fibres à saut d’indice
» Changement brutal de l’indice de réfraction
– Les fibres à gradient d’indice
– Changement progressif de l’indice de réfraction
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Les différents types des fibres optiques
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
* Les fibres monomodes:
Les fibres monomodes ne propagent que le mode fondamental.
Ceci est très intéressant , puisque :
* l’O.E.M n’a qu’un seul mode de propagation
* elle n’a qu’une seule vitesse de propagation
* son parcours par réflexions successives à l’intérieur du
cœur de la fibre est unique et bien défini.
 les signaux sont transmis sans déformation
n2
n1
n2
51
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
- Largeur de bande: 50GHz sur des grandes distances (50 à 100Km)
- atténuation: 0,4dB/km à la longueur d'onde de 1,55m;
• Les fibres multimodes à saut d'indice:
Les fibres multimodes propagent donc plusieurs modes qui ont
des vitesses de phase différentes et des parcours différents
 distorsion de phase pour le signal transmis
Cet inconvénient est particulièrement sensible dans ces fibres à
saut d’indice
n2
n1
n2
52
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
* Les temps de parcours sont directement proportionnels aux
longueurs des trajets puisque la propagation s’effectue dans un
milieu à indice constant.
- Largeur de bande: 50 MHz/km;
- atténuation: 3dB/km à la longueur d'onde de 0,85m;
• Les fibres multimodes à gradient d'indice:
Dans ces fibres l’indice du cœur diminue progressivement depuis
l’axe de la fibre où il a une valeur n1 jusqu’à la périphérie du cœur
où il a une valeur n2 égale à celle de la gaine.
n2
n1
n2
53
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
- Largeur de bande: 1 GHz/km;
- atténuation: 0,7 dB/km à la longueur d'onde de 1,3m;
• Types de fibres (série G 65x) utilisés dans les
réseaux de télécommunications:
* G.651: fibres optiques multimodes
* G.652: fibres optiques monomodes
* G.653: fibres optiques monomodes à dispersion
décalée
* G.654: fibres optiques monomodes avec
affaiblissement réduit
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
- Normes G.652 et G.653 , les recommandations de
l’IUT (l’Union internationale des
télécommunications) sont en faits normes
internationales pour les fibres optiques
monomodes déployés dans les réseaux de
télécommunications.
- La norme G.652 concerne les fibres optimisées pour
=1,3m
- Les fibres G653 pour les fibres à dispersion
décalée, optimisée pour =1,55m.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Caractéristiques physiques des fibres optiques
• Principe de guidage de la lumière sur fibre optique:
La transmission par fibre optique repose sur le concept de
guidage de la lumière. En effet, cette fibre possède une
structure physique qui tend à emprisonner la lumière dans un
guide clos, supprimant ainsi sa divergence naturelle. De cette
façon, l’affaiblissement de la puissance optique de la lumière,
à courte distance de sa source, se trouve considérablement
diminué en fonction de sa distance. Il en résulte, à la sortie de
la fibre, une puissance captée par le dispositif de réception qui
varie en fonction de la longueur de la fibre.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Source
cœur
gaine
angle incident
angle de réflexion
• Tout le problème consiste alors soit à produire la lumière
directement dans la structure de guidage ou dans la fibre, soit à
insérer dans la fibre, la lumière produite par une source
extérieure.
• Les irrégularités de surface donnent et naissance à des pertes
de lumière par diffusion.
• Lorsqu’un faisceau lumineux heurte obliquement la surface
qui sépare deux milieux plus ou moins transparents, il se
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divise en deux:
Une partie est réfléchie tandis que l’autre est
réfractée, c’est à dire transmise dans le second
milieu en changeant de direction. La lumière avec
toutes ses fréquences se propage dans l’espace
libre à la vitesse c =3.108 m/s . Dans un espace
plus dense cette vitesse est réduite, et les
fréquences lumineuses se propagent à des vitesses
différentes. On définit l’indice de réfraction d’un
milieu comme étant le rapport des vitesses de
propagation de la lumière dans l’espace libre (ou
le vide) et dans ce milieu en question :
n = c/v
58
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• L’indice de réfraction est donc une grandeur
caractéristique des propriétés optiques d’un
matériau. Plus l’indice est grand, et plus la lumière
est lente. Ainsi, dans l’air, la vitesse de la lumière
est à peu près égale à c ; dans l’eau, elle est égale à
75% de c ; dans le verre, elle est égale à environ
55% à 60% de c selon le type de verre.
• C’est ce principe qui est utilisé pour guider la
lumière dans la fibre. La fibre optique comprend
ainsi deux milieux : le cœur, dans lequel l’énergie
lumineuse se trouve confinée, grâce à un second
milieu, la gaine, dont l’indice de réfraction est plus
faible.
59
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Les recherches menées dans les années 1970 ont conclu
que la silice était un bon support pour des longueurs
d’onde prises dans le proche infrarouge ( 850nm – 1300nm
, 1500nm).
• Quelques indices de réfraction de différents milieux ou la
longueur d’onde de la lumière émise par une flamme de
sodium est 589nm:
Milieu
Indice de
réfraction
Milieu
Indice de
réfraction
vide
1
Air
1,0003
eau
1,33
Alcool
d’Ethyle
Quartz
fondu
1,46
Fibre de
verre
Diamant
2,0 – 2,42
Silicium
1,36
1,5 – 1,9
3,4
60
Caractéristiques de la fibre
optique
Les parcours caractéristiques des divers
modes sont incurvés de telle sorte que:
- Pour les modes dont le parcours est le plus
long, les vitesses de phase augmentent au fur et à
mesure qu’ils pénètrent dans des zones dont
l’indice diminue.
- Pour les modes dont le parcours est le plus
court, les vitesses de phase sont plus faibles
puisqu’ils se situent dans des zones où l’indice
reste relativement élevé.
61
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Longueur d'onde de coupure et
fréquence normalisée
– La longueur d'onde de coupure est la
longueur d'onde λc en dessous de laquelle
la fibre n'est plus monomode.
– Une fibre est monomode pour une
fréquence normalisée V inférieure à
2,405.
62
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Le confinement de la lumière à l’intérieur de la fibre
optique repose sur ce phénomène. Ainsi, le comportement
de la lumière se propageant dans une fibre à saut d’indice
dépend d’une série de caractéristique:
* la longueur d’onde
* le rayon du noyau
* l’indice de celui-ci
* la gaine optique.
Il est toutefois possible de décrire ce comportement, pour une
fibre quelconque, à l’aide de la fréquence normalisée V qui
prend en compte toutes ces caractéristiques. La fréquence
normalisée est donnée par:
V= (2a/)[ (n1)2 – (n2) 2]1/2
où a est le rayon du noyau.
63
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• La fréquence normalisée est une quantité sans unité,
l’appellation « fréquence » est liée au fait que, la fréquence
est proportionnelle à l’inverse de la longueur d’onde.
• La lumière possède une nature duale soit en tant qu’une onde
soit en tant que la matière (photons). En tant qu’une onde,
lorsqu’elle est guidée dans la fibre optique, la lumière exhibe
certains modes. Ce sont les variations de la lumière en
intensité lumineuse, à la fois, à travers la section transversale
de la fibre optique et le long de cette fibre.
• Ces modes sont numérotés du plus faible au plus fort; le plus
faible est celui le plus direct et le plus proche de l’axe de la
fibre; c’est encore celui qui va atteindre le premier l’autre
extrémité. Plus simplement, chacun de ces modes peut être
considéré comme un rayon lumineux.
64
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Le nombre de modes dans une fibre optique
dépend de dimensions de la fibre et des indices de
réfraction du noyau et de la gaine.
• Pour une fibre à saut d’indice, la relation :
M=0,5 .V2
permet d’évaluer approximativement le nombre de
modes (chemins de propagation) M que cette fibre
peut supporter.. En effet, si V < 2,405 , la
propagation s’effectuera selon un seul mode. Dans
le cas où V> 2,405 la propagation s’effectuera
selon M modes.
65
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Pour une fibre à gradient d’indice et profil parabolique:
M=(1/4).V2
• Pour une fibre à gradient d’indice et profil de paramètres
quelconque:
M = ( / +2) (1/2)V2
• Les fibres multimodes à saut d’indice ne sont utilisées que pour
des liaisons à courte distance ( de l’ordre du Km); elles ont des
diamètres de cœur de l’ordre de 60 à 100m. Les fibres
multimodes à gradient d’indice sont utilisées dans les liaisons
terrestres à large bande passante (100MHz) et sur des distances
d’une dizaine de Km sans répéteur. Le diamètre de leur cœur
est de l’ordre de 200 m et celui de la gaine de 250 m.
66
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
L’ouverture numérique
• Il y a une relation entre l’angle de réflexion à l’interface entre
les deux diélectriques et l’angle d’incidence de l’onde
produite par le dispositif d’émission sur la face d’entrée du
guide d’ondes diélectrique. Traitons le cas d’un guide d’onde
dont le cœur et la gaine sont respectivement caractérisés par
les indices n1 = (1r) ½ , n2= ( 2r)1/2 et dont la face d’entrée
se trouve plongée dans un milieu extérieur d’indice ne.
NA=[(n1)2 – (n2)2]1/2
67
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
N
ne
n2


M
• Pour qu’il y ait réflexion totale en N, il y a un angle
d’incidence maximal des ondes m qui définit en m un cône à
l’intérieur duquel doivent se trouver les rayons incidents si on
veut que la réflexion totale se produise en N.
• Par analogie avec les instruments d’optique, on définit un
paramètre appelé ouverture numérique de la fibre (Numerical
Aperture en anglais) et noté NA qui est lié à m par :
NA = ne sin m
D’où :
m = arcsin NA/ne
68
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Le facteur [(n1)2 – (n2)2]1/2 est appelé ouverture numérique de
la fibre optique. On peut monter que pour des indices n1 et n2
voisins, ce terme est approximativement égal à l’angle maximal
(en radians) du cône formé par les rayons à la sortie ou à l’entrée
de la fibre. Cet angle, est celui pour lequel les rayons frappent
l’interface entre le noyau et la gaine à l’angle critique.

n1
n2
 = [(n1)2 – (n2)2]1/2
69
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
•
NA=[(n1)2 – (n2)2]1/2 = n1 [1-(n2/n1)2]1/2
• Si n1≈ n2
• Donc :
n1=n2+Δn
NA = (2n Δn) 1/2
(1)
avec Δn petit .
(2)
• Pour une fibre à gradient d’indice la formule de
l’ouverture numérique est la même que (1) ou (2)
si l’on remplace n1 par l’indice nc selon l’axe du
cœur de la fibre et Δn=n1-n2 par nc-n2.
70
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• L’ouverture numérique constitue ainsi une façon de décrire la
quantité maximale de lumière qui pourra être introduite dans
une fibre à partir d’une certain distance.
• Soit une fibre optique:
air(n0=1)
e
1
c
verre n1 = 1,5
Quartz n2 = 1,46
n0 sine = n1 sinc
1 = 90- c
sin1 = cosc= [1– (n2) 2/ (n1)2 ]1/2
sine = n1 cosc = [(n1)2 – (n2)2]1/2 = [2n.n]1/2
71
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• On parle aussi d’angle d’acceptance maximal 0, lié à
l’ouverture numérique NA par :
NA = sin 0 = [(n1)2 – (n2)2]1/2
Pour une fibre à gradient d’indice , l’ouverture
numérique est donnée par le sinus de l’angle critique.
Exemple:
Si on prend n1 =1,4466 et n2 = 1,430 alors l’angle
critique est 81,47°et l’angle maximal est de 12,4°.
72
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La bande passante de la fibre optique
• Dans une fibre optique pour les télécommunications,
les informations sont transmises sous forme de
signaux numériques c’est-à-dire d’impulsions
séparées par des zéros. Après transmission, il faut
que ces impulsions puissent être clairement
reconnues, afin de reconstituer l’information. Si les
impulsions transmises sont déformées et élargies en
cours de propagation, elles peuvent se chevaucher à
l’arrivée et il devient difficile et voir impossible de
les séparer et donc de reconstituer le signal transmis.
73
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Pour déterminer la BP d’une fibre , nous allons calculer
l’élargissement, en cours de propagation, d’une
impulsion dont la largeur à l’émission serait nulle. Si
l’élargissement est ΔT, le nombre d’impulsions
transmissibles par secondes est 1/ΔT (bit/s) et la
bande passante est 1/ΔT (Hz) .
• Ce phénomène provient de ce que, dans une fibre
multimode il y a plusieurs chemins possibles pour
aller d’un point de l’axe de la fibre à un autre.
• En effet, les premiers modes se propagent
quasiment en ligne droite tandis que les modes
d’ordre supérieur se propagent avec un grand
nombre de réflexions totales à l’interface des deux
diélectriques.
74
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Pour une fibre à saut d’indice, l’élargissement
ΔT d’une impulsion pour un parcours L de la
fibre:
ΔT = n1(n1-n2)L/C.n2
Si n1etn2 sont voisins, la formule approchée est:
ΔT = Δ n.L/c avec Δn=n1-n2
L’élargissement d’une impulsion se propageant
sur une fibre dépend donc de la longueur de
la fibre et de la différence relative des indices.
• Le débit numérique maximal 1/ ΔT (bit/s)
• Sa bande passante maximale: 1/ ΔT (Hz)
75
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Pour une fibre à gradient d’indice :
• Soit nc l’indice de l’axe du cœur et Δn=nc-n2.
L’ élargissement d’impulsion dépend
beaucoup du profil d’indice adopté, c’est-àdire de la valeur de l’exposant  de la loi:
n(r) = n1[1-2(r/a)]1/2
où
0< r <a
On démontre:
ΔT = p() (Δn)2.L/(C nc)
76
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Le facteur de p() est minimal pour un
profil parabolique. Plus précisément, on
a : p() =0,125 pour  = 2(1- Δn/nc).
• L’élargissement d’impulsion d’une fibre
à gradient d’indice optimisé est donc:
ΔTopt = (1/8) (Δn)2.L/(C nc)
77
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Protocoles de communication pour fibre optique:
• Les systèmes de transmission par fibre optique opèrent
principalement selon deux protocoles ou normes:
FDDI et SONET :
* FDDI (Fiber Distributed Data Interface) est un
protocole adapté aux réseaux locaux utilisant la fibre
optique comme support de transmission. Il permet des
débits binaires de l'ordre de 100Mbps et jusqu'à 500
postes de travail reliés par câble d'environ 100km de
longueur.
78
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
LLC
MAC
PHY
SMT
PMD
• Le protocole FDDI, qui dérive de la norme IEEE
802.5, intègre quatre composantes:
• 1. Le PMD (Physical Medium Dependent) définit,
entre autres,les caractéristiques de la fibre optique
comme support, les connecteurs utilisés pour relier
le support à chaque station ou poste de travail, la
longueur d'onde utilisée pour la transmission.
79
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• 2. Le PHY (PHYsical) définit la vitesse d'horloge à
l25MHz,les diagrammes d'encodage des données et les caractères
de contrôle utilisés sur le réseau.
• 3. Le MAC (Media Access Control) spécifie le passage des
jetons de contrôle d'accès, la formation des blocs, l'adressage, la
détection et la correction des erreurs, ainsi que la répartition de la
bande passante entre les noeuds.
• 4. Le SMT (Station ManagemenT), gère la configuration
de l'anneau constituant la topologie du réseau, l'ajout et le retrait
de stations et l'enregistrement des erreurs. De plus, il assure le
lien entre les trois premières composantes dont l'intégration
correspond à la couche physique du modèle OSI.
80
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• À cette couche physique contrôlée par le SMT se
superpose une composante appelée LLC (Link Layer
Control) qui est similaire à la couche liaison du modèle
OSI.
• SONET (Synchronous Optical NETwork) est un
protocole de transmission numérique permettant de
gérer la grande capacité de transmission de la fibre
optique. Ses potentialités, nettement plus considérables
que celles du FDDI et des autres normes existantes,
permettent d'intégrer la vidéo aux communications
téléphoniques et informatiques.
81
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Fabrication de la fibre optique
Procédure de fabrication
* D’une manière générale
* La préforme
* Le tube ébauche
* La gaine
* Le cœur
* Le fibrage
Procédure appropriée à chaque type
* Fibre monomode
* Fibre à gradient d’indice
* Fibre à saut d’indice
* Fibre active
Câblage
82
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Procédure de fabrication de
la fibre optique à base de
silice
83
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Fabrication de la Fibre optique
- Fibre optique formée de 2 cylindres concentriques de
silice.
Obtenue en 2 étapes
La préforme
Le fibrage
84
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Fabrication de la préforme
• Le barreau de verre
Un barreau de verre d’une longueur de 1 m et d’un diamètre de 10cm
permet d’obtenir par étirement une fibre monomode d’une longueur
de 150 km environ.
85
Mise en place de l’ébauche
• Le substrat (tube ébauche) est un cylindre creux de
silice pure.
• Ce tube est monté horizontalement sur un tour à
verre et subit une rotation autour de son axe
• Les gaz qui réagiront ( précurseurs ), sont injectés à
une extrémité
86
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La gaine
• Dépôts de couches de silices à l intérieur de l’ébauche
• Injection de SiCl4 et O2 (sous forme gazeux).
• L’ensemble est chauffé à l'aide d'une torche alimentée à
l'oxygène et à l'hydrogène.
=> poudre blanche (suie)
• Film homogène de verre transparent d'excellente qualité.
n=1,45
87
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Le coeur
• constitué de silice dopée; par ajout du GeCl4 en
faible concentration => indice de réfraction
légèrement élevé / à celui de la gaine.
• L'oxyde de germanium pur a un indice de réfraction
de 1,60.
• Le verre dopé aura l’indice :
• 6,3 % de GeO2 permet d’avoir un indice de
réfraction de 1,46
88
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Lorsque le dépôt des couches est terminé, la préforme
est chauffée pour ramollir la silice et ainsi refermer le
tube grâce aux tensions superficielles aux bouts du tube.
89
Le fibrage
• La préforme est placée verticalement dans la tour de
fibrage.
• Une haute température
est appliquée localement
à l'extrémité de la tige.
• Un brin est tiré du bout
de la préforme.
90
Rampes a gaz:
On mesure l'épaisseur de la fibre (~10um) pour asservir la vitesse
du moteur de l'enrouleur, afin d'assurer un diamètre constant.
91
• La fibre obtenue par fibrage est enduite d'un
polymère sous forme liquide, comme de
l'acrylique .
• Enroulement de la fibre sur un tambour.
• Le diamètre est déterminé par la vitesse de
fibrage et la température de chauffage
• Lors de cette opération, il est possible de
produire jusqu'à 2000 m de fibre par minute.
92
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
93
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• La question qui se pose est :
comment obtenir les différents types de
fibres en agissant sur la préforme??
94
Pour la fibre active
• Obtenue par l'introduction de dopants de la
famille des terres rares (erbium)
• Un exemple de fibre active : la fibre
amplificatrice (la lumière est amplifiée lors
de son passage dans la fibre)
95
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Câblage
• La fibre est posée le long des tubes remplis d’une
gelée de pétrole, qui la protège de l’humidité.
96
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Les principales structures de câble à fibres
optiques sont :
- le câble à structure libre tubée, 2 à 432 fibres;
- le câble à tube central ;
- le câble ruban à tube central .
97
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Fabrication de fibres optiques et de câbles
optiques
• La comparaison de la fibre optique est régit par
deux paramètres:
l’atténuation et le coût
Pour ce qui concerne l’atténuation, on cherche à
travailler dans une fenêtre de longueurs d’onde où
l’atténuation est la plus faible.
Les fibres sont construites de verre , de plastique ou
d’une combinaison des deux, (ou même de chlorite
de zinc);
98
• En comparant la plastique au verre, on note les
avantages suivants:
* plus flexible;
* plus facile à installer;
* moins cher;
* pèse 60% moins celui de verre;
* forte atténuation, ne provoque pas aussi bien la
lumière que le verre;
* moins résistant (faible d’inflammable);
* plus encombrant.
99
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• La fibre de verre:
* La fibre de verre optique, possède un diamètre de 0.125mm et
dispose d’une grande capacité de transmission. De plus, elle ne
présente qu’une faible résistance mécanique, comparée à la fibre
de verre ordinaire. Un habillage étanche appelé enveloppe
protectrice la protège de l’environnement.
* Le diamètre extérieur d'une fibre optique type est d'environ
1/1Oe de millimètre. Les fibres optiques sont constituées de
verres spéciaux, généralement dopés (plomb, etc. ) de 2000 à
40000 fois plus transparents que le verre ordinaire.
* Ce dopage peut se modifier dans le temps ou peut être modifié
(pollué), par rayonnements radioactifs, par exemple. La fibre
considérée voit alors brutalement sa conduction disparaître. Des
recherches sont en cours pour "durcir" la résistance des fibres en
particulier à la radioactivité. D'autres recherches vont permettre
d'augmenter considérablement les vitesses de transmission.
100
• Durant le processus de fabrication des fibres
optiques en verre, des impuretés sont ajoutées
pour obtenir les indices de réfraction désirés pour
guider la lumière. On réalise un écart d’indice
entre le cœur et la gaine en incorporant des
dopants tels que:
* le Germanium et le Phosphore qui accroissent
l’indice de réfraction dans le cœur
* le Bore et le Fluor qui le font décroître dans la
gaine.
D’autres impuretés résiduelles après fabrication
peuvent augmenter l’atténuation soit par diffusion
soit par absorption.
101
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• La fabrication d’une fibre optique passe par la
réalisation d’une préforme cylindrique en barreau
de silice. La silice est un composé oxygéné du
silicium , de formule SiO2 , présent dans un grand
nombre de minéraux, tels que le quartz.
• La fibre est ensuite étirée à partir de ce barreau
(une préforme de verre d’une longueur de 1m et
d’un diamètre de 10cm permet d’obtenir par
étirement une fibre monomode d’une longueur
d’environ 150Km).Son centre , qui constitue le
cœur de la fibre, nécessite une silice très pure avec
un minimum d’ions hydroxyles OH-. Le cœur est
entouré d’une silice de moindre qualité qui forme
la gaine optique.
102
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La fibre optique en plastique
• Les fibres optiques en plastique sont économiques,
légères et souples, mais leur atténuation est élevée;
on les utilise surtout pour les transmissions à
courte distance.
• Une telle fibre optique est épaisse . Le noyau est
généralement fait de polystène (PS) ou de
polymethylmethacrylate -¨PMMA enveloppé de
fluoropolymère.
• L’utilisation de ces fibres a été initié au japon dans
l’industrie automotrice.
103
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• Elles sont généralement utilisées sur des parcours
très courts, par exemple, au sein d’un immeuble,
ou utilisées en milieu local perturbé, par exemple,
pour réaliser les circuits de commande-contrôle
dans un avion ou dans un métro.
• Leurs fibres à noyau de verre et à gaine de
plastique (PCS) sont plus immunisées aux
radiations, ces fibres optiques possèdent des
dimensions (200/380).
• Les fibres optiques sont ensuite placées dans des
câbles qui en assurent le conditionnement (plus ou
oins de fibres enrobées dans des tubes ou des
rubans), la protection physique et chimique.
104
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
• La réalisation des câbles doit tenir compte des contraintes
physiques et chimiques ainsi que des conditions de sécurité
de l’environnement où ils sont déployés. Ainsi, on trouve une
grande variété de câbles spécifiques:
* des câbles pour l’industrie pétrochimique
* des câbles pour environnement hostile (vapeur,
humidité, hydrogène hydrocarbure),
* des câbles sans métal résistant aux rongeurs,
* des câbles sous-marins transocéaniques, (France Télécom a
mis en service commercial, en août 1999, le câble optique
« SEA-ME-WE 3 » de 40000Km, le plus long au monde),
* des câbles pour les égoûts,
* des câbles pour applications aériennes sur lignes haute
tension.
105
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Les applications de la fibre optique
1-Télécommunications .
* Multiplexage .
*Les différentes technologies de
multiplexage
2- La médecine
3-Les capteurs de mesure.
4- L’éclairage par fibre optique
5-Performances et perspectives des fibres
optiques
106
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Les fibres monomodes
• Elles sont utilisées pour les réseaux
métropolitains ou les communications
longue distances des opérateurs.
• Cœur extrêmement fin.
• Transmission des données assurée par des
lasers émettant des longueurs d’onde de
1300 à 1550 nanomètres.
107
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Les applications de la fibre optique
• Les télécommunications.
• L’audiovisuel.
• La médecine:
*Chirurgie.
*Endoscopie
• Les Mesures.
• L’éclairage.
108
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
1-Les télécommunications
- Multiplixage:
* la technologie WDM : On injecte simultanément dans la
même fibre optique plusieurs trains de signaux
numériques a la même vitesse de modulation , mais
chacun à une longueur d’onde distincte.
*la technologie DWDM : La technologie WDM est dite
dense lorsque l’espacement utilisé entre deux longueurs
d’onde est égal ou inférieur à 100 GHZ.
109
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
* la technologie WDM .
On injecte simultanément dans la même fibre optique
plusieurs trains de signaux numériques à la même vitesse de
modulation , mais chacun à une longueur d’onde distincte.
*la technologie DWDM .
La technologie WDM est dite dense lorsque l’espacement
utilisé entre deux longueurs d’onde est égal ou inférieur à
100 GHZ.
110
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
*la technologie CWDM .
C’est une solution WDM mais plus économique.
On ne dispose que de 8 ou 16 canaux par fibre.
* la technologie SDH .
C’est une technologie de distribution d’horloge qui
permet la délivrance de bits en synchronisme de
l’horloge de référence.
111
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
*la technologie Ethernet
Ethernet 10 Mb/s cède sa place à FastEthernet 100 Mb/s.
Or, l’Ethernet 1 Gb/s, multiplie par 10 les possibilités de
FastEthernet.
Par ailleurs, une étape importante a été franchie ,c’est Ethernet
à 10 Gb/s, qui effectue l’interconnexion à travers un réseau
métropolitain .
112
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
113
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
2-Médecine
La fibre optique est utilisée en
médecine tant diagnostiquer des
problèmes de santé que pour
traiter certaines maladies
114
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Endoscope
115
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
3-Mesures
La mesure est un domaine où la fibre optique a trouvé une
application plus récemment.
4-L’éclairage par la fibre optique
Les possibilités offertes par la fibre optique en matière
d’éclairage tant sur le plan fonctionnel que décoratif sont
illimitées.
116
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
117
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La pose de la fibre optique
A) Le raccordement mécanique.
B) Le raccordement par fusion.
C) Autre technique de pose
118
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
19
A/ Raccord mécanique :
Qui comprend le plus souvent le couplage de
deux connecteurs mis bout à bout, parfois le
raccordement mécanique est utilisé pour les
réparations
à la suite d'une rupture.
Les tiroirs optiques permettent de brasser les
fibres provenant des différents câbles au moyen de
jarretières (en jaune) et de connecteurs optiques.
119
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
20
Cette opération est nécessaire pour effectuer les
différentes dérivations dont certaines constituent
les points de sortie vers le réseau du client.
L'affaiblissement engendré par un point de
connexion : (2 connecteurs et 1 jarretière) est
inférieur ou égal à 0,7 dB (à 1300 nm et 1550 nm).
120
21
B) Le raccordement par fusion
Cette opération est réalisée a l'aide d'une
fusionneuse automatique qui assure notamment :
- l'alignement par le coeur de la fibre dans les 3 axes,
- la visualisation en temps réel de la fusion des 2
fibres,
- le test de traction après soudure (50 g à 500 g) ,
- la mesure de l'affaiblissement à 1310 et 1550 nm (en
moyenne de 0,03 à 0,1 dB avec pour valeur maximale
0,15 dB)
121
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
22
C) Autre technique de pose
Poser les câbles optiques en les déroulant dans des
chemins de câbles constitués par des lignes de crochets ou
dans des caniveaux dont le couvercle est amovible.
Une autre technique de pose, dite de "soufflage", est
utilisée pour la pose des câbles optiques en voirie. Les
câbles peuvent être en effet "soufflés" dans un tube en PEHD (Poly Éthylène - Haute Densité) lui-même disposé au
fond d'une tranchée rebouchée après la pose d'une
multitubulaire constituée de n fourreaux. Le câble de
fibres optiques (diamètre de 10 mm à 15 mm) est introduit
alors dans le tube (diamètre d'environ 50 mm) par
soufflage à l'aide d'un compresseur à air qui peut le
propulser sur des distances d'environ 2 Km. Cette
technique permet de passer les câbles dans les fourreaux
qu'au fur et à mesure des besoins.
122
23
Bobines de câble
123
26
En sortie d’agglomération urbaine
124
A la campagne
125
A la plage
126
Repérage
127
Sous l’eau
128
Sous l’eau
129
3. La pose d’un câble sous-marin
Il y a 2 types de pose:
o Pose ensouillée: au zone sensible, le câble est ensouillé à
environ 80cm sous le sol par une profondeur de 20 à 1500m.
o Pose principale: en dehors des zones côtières du plateau
continental, la pose s’effectue grâce à une machine à câble
installée sur le pont du navire.
130
Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
La pose d’un câble sous-marin
131
La pose d’un câble sous-marin
132
La pose d’un câble sous-marin
133
Le Navir « Cable Innovator »
134
Le « Cable Innovator »
135
Cuve d’un navire câblier
136
Pose d’un câble sous-marin
1
2
3
4
137
Pose d’un câble sous-marin
5
6
7
8
138
Pose d’un câble sous-marin
9
10
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Pose d’un câble sous-marin
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Pose d’un câble sous-marin
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Le record de la fibre optique
1. Les bases de la réalisation
2. Contour de l’expérience
3. Technologies de noyau
4. Largeur de bande
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Le record de fibre optique
Le groupe japonais NTT, spécialisé dans les
télécommunications, a annoncé dans la conférence
européenne sur la communication optique (ECOC) qui a
été tenue à Cannes, France du 24 au 28 septembre 2006
qu’il a battu le record du monde en matière de capacité de
transmission de données avec 14 terabits par seconde (1800
Go/s) à travers une seule fibre optique Cette vitesse de
transfert record a été atteinte sur une distance de 160km
de long à l'intérieure de laquelle ont été créés 140 canaux
dotés chacun d'une capacité de transport d'information de
111 gigabits par seconde.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
Le record de fibre optique
1. Les bases de la réalisation
Le réseau optique actuel est un réseau d’une capacité de
transmission d'environ de 1 Tbps.
Afin d'augmenter la capacité de transmission, NTT dû
atteindre deux buts simultanément : une transmission
WDM (Wavelength Division Multiplexing, multiplexage de
longueurs d'onde) avec une haute efficacité spectrale et des
amplificateurs avec une bande passante très largement
augmentée environ de 4THz. Le trafic de données avait
doublé chaque année due à la diffusion rapide de l'accès à
bande large. Alors pour cela il est devenu nécessaire
d’abaisser le coût et soulever la capacité du réseau en
gardant l’infrastructure dominante de communication.
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2. Contour de l’expérience
L’expérience a utilisé deux technologies :
La premiére c’est des amplificateurs du format (CSRZDQPSK),
Abréviation de (Carrier Suppressed Return to Zero Differential
Quadrature Phase Shift Keying.)
et une technologie optique intégrée d'amplification d'Ultra-largebande. 70 canaux avec l'espacement 100-GHz ont été modulées
à 111 Gbps en utilisant le format de CSRZ-DQPSK et puis
multiplexées et amplifiées dans la largeur de bande de 7 THz. En
outre, chaque signal de 111 Gbps a été multiplexé ainsi le
nombre de canaux a été doublé à 140. Ceci a rapporté toute la
capacité de 14 Tbps (voir schéma 1).
3. Technologies de noyau
Format de modulation de CSRZ-DQPSK et technologies
optoélectroniques à grande vitesse de dispositif
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Technologie pour réaliser de grande capacité de la
transmission de classe de 10 Tbps
DQPSK est un format de modulation de phase avec quatre états de
phase .Ses avantages incluent son efficacité spectrale élevée et
excellente sensibilité de récepteur.
La combinaison de ce format avec la modulation d'impulsion (CSRZ),
développée par NTT, augmente la sensibilité, et permet la transmission
dense de distance de WDM
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4. Largeur de bande
Il est nécessaire d'augmenter les largeurs de bande des
amplificateurs optiques afin d'amplifier les 10 Tbps ou
plus de signal dans une fibre optique. Tandis que la
plupart des fibres ont des largeurs de bande au-dessus de
10 THz, les amplificateurs conventionnels ont des largeurs
de bande approximativement de 4 THz.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques
NTT a divisé les canaux en deux bandes (C et L bande) ou trois bandes
(S, C, et L bande), amplifie chaque bande séparément, et puis
remultiplexer les bandes.
Avec cette technologie NTT a réussi à prolonger la largeur de bande
d'un amplificateur de L-bande de sorte qu'il ait été 1.75 (7 THz) plus
grand que celui des amplificateurs de convention. En améliorant le
milieu d'amplification et la configuration de l'amplificateur, NTT 148
pouvait réaliser une caractéristique à faible bruit
Ces technologies permettent de produire des signaux
denses de WDM avec des débits binaires de 100 Gbps et de
les transmettre en longues distances.
DQPSK est un format de modulation de phase avec quatre
états de phase. Ses avantages incluent son efficacité
spectrale élevée et l’excellente sensibilité de récepteur.
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Pr. AMMOR
Les Fibres Optiques