Communications par Fibre Optique

1!
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Journées X-UPS de physique"
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Communications par Fibre Optique"
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mercredi 14 mai 2014"
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Version 5.0"
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Philippe Gallion"
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TELECOM ParisTech, "
Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications"
CNRS LTCI"
46, rue Barrault, 75634 Paris"
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Communications par Fibre Optique"
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1. Les fibres optiques !
2. Les fonctions optoélectroniques!
3. La couleur!
4. Les systèmes!
5. Conclusion!
Communications par Fibre Optique, Philippe Gallion, Télécom ParisTech!2!

2!
Communications par Fibre Optique"
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1. Les fibres optiques !
2. Les fonctions optoélectroniques!
3. La couleur!
4. Les systèmes!
5. Conclusion!
Communications par Fibre Optique, Philippe Gallion, Télécom ParisTech!3!
✔ Liaisons sans visibilité!
✔ Turbulence et turbidité de latmosphère!
✔ Hydro météores!
✔ Divergence naturelle par diffraction!
❏ θ de lordre de grandeur de λ/d!
❏ Soit 10-4 rd pour d = 5 mm et λ = 0,5µ. !
❏ Elargissement Δd =L θ , soit10cm pour L = 1km,!
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!
!
θ
d
Δd
L
Nécessité dun guidage!

3!
Indice
Lumière
Altitude
Eau
!
Communications par Fibre Optique, Philippe Gallion, Télécom ParisTech!
Ce que dit Snell-Descartes!
✔ La lumière «#préfère#» les endroits où l’indice de réfraction est
le plus élevé!
✔ Nombreuses expériences préliminaires depuis lantiquité!
❏ Renaissance Italienne : Millefiori des verreries de Murano!
❏ Jean-Daniel Colladon, 1841 !
❏ John Tyndal, 1864…..!
✔ Loi de Snell-Descartes, réflexion totale!
✔ Réflexion, et donc guidage, sans pertes!
5!
n
1
n
2 > n1
i
1
i
2
i
2
Principe de Fermat!
Principe de Maupertuis!
sin i2>n1
n2
La nature 1884 !
Jean-Daniel Colladon
!
✔ Silice pas chère et très ductile!
✔ Changement dindice par dopage (Bore ou Germanium) !
! !Δn = 10-2 à 10-3!
✔ Diamètre de cœur de 5 à 50µ >> longueur donde λ!
✔ Diamètre extérieur 125µ , faible encombrement, faible poids!
✔ Un revêtement confère de bonnes propriétés mécaniques!
❏ Faibles rayons de courbures!
✔ Immunité électromagnétique!
✔ Guide diélectrique: pas de pertes intrinsèques par guidage!
Cœur
n1
n2
Gaine
Cœur
Gaine
n1
2a
n1
n2 > n1
Gaine
Les fibres optiques en silice!
Communications par Fibre Optique, Philippe Gallion, Télécom ParisTech!6!

4!
€
n=1,45
Δn=10−2
θ
MAX =10°
Ouverture Numérique (ON)!
✔ Connexion!
❏ Aligner les cœurs!
❏ Aligner les axes!
✔ Connecteur : de 0.1 à 0.3dB!
✔ Soudure : 0.05dB!
✔ Réparations pénalisantes!
Rayon guidé
Rayon à pertes
Cœur
Gaine
Réflexion partielle
Réflexion totale
θ
MAX
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ON=sin θ
0 max
=2nΔn
Communications par Fibre Optique, Philippe Gallion, Télécom ParisTech!8!
Ce qu’en dit Maxwell!
✔ Onde monochromatique!
❏ Proche de la réalité!
❏ Généralisable en régime linéaire (Fourier)!
✔ Equation de propagation de Helmholtz!
!
✔ Conditions aux limites!
❏ Continuité des champs tangents E et H aux interfaces cœur-gaine!
✔ Solutions se propageant selon 0z!
❏ Constantes de propagation réelles!
✔ La lumière « visite#» aussi la gaine!
✔ Nombreuses solutions!
❏ Dimensions grandes devant la longueur d’onde!
!
!
€
e r ,t
( )
= E r
( )
exp j ω t
€
Δ E ( r )+
ω n( r )
c
$
%
&
'
(
)
2
E ( r )=0
n1
n2
n1

5!
Cœur
n1
n2
Gaine
x
y
x
Cœur
Gaine
n1
n1
n2 > n1
Gaine
y
Ce qu’en dit Maxwell"
!
!
Fibre optique!
✔ Problème 1D!
✔ Symétrie plane!
❏ Fonctions trigonométriques!
dans le cœur!
❏ Fonctions exponentielles!
dans la gaine!
❏ Modes définis par 1entier!
❏ Distinction TE et TM !
Guide plan!
✔ Problème 2D!
✔ Symétrie cylindrique!
❏ Fonctions de Bessel J!
dans le cœur!
❏ Fonctions de Bessel K!
dans la gaine!
❏ Modes définis par 2 entiers!
❏ Regroupement des mêmes
constantes de propagation LPxy!
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N =
V
π
/ 2
N =
V
2
2
V=a
ω
c
n2
2−n1 2 =fréquence normalisée ∝a
λ
Les Modes"
"
«J'entends par mode les affections dune substance (la lumière),
autrement dit ce qui est dans une autre chose (la fibre optique) par
le moyen de laquelle il est aussi conçu» (Spinoza, Ethique )"
!
Communications par Fibre Optique, Philippe Gallion, Télécom ParisTech!10!
✔ Chaque mode correspond à 2 rayons faisant un angle ± θ avec laxe!
✔ Descartes et Maxwell ne sont que partiellement réconciliés!