module 13b FO

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Module N°13b la fibre optique
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1. Généralités
La lumière est une onde électromagnétique, de longueur d’onde λ, qui se propage dans un milieu
transparent et isolant. (Diélectrique)
Avec : λ = C/F où C = Célérité = 3.108 m/s et F = fréquence en Hz
 Spectre de la lumière
Dans le domaine des radiations visibles, le spectre s’étend du rouge au violet, ce qui correspond dans
l’air ou dans le vide aux longueurs d’onde suivantes :
 Indice optique d’un milieu isolant et transparent
L’indice optique ‘n’ (ou indice de réfraction) d’une substance est donné par :
Remarque : Les milieux isolants (diélectriques) ont une perméabilité magnétique relative n ≈ 1.
Pratiquement on obtient :
 Lois de la réfraction
i = angle d’incidence
r = angle de réfraction
A la traversée de la surface séparant deux
milieux transparents d’indices de réfraction n1
et n2, un rayon lumineux subit une réflexion et
une réfraction.
La relation entre angle d’incidence et angle
réfracté est donnée par :
n1.sin(i) = n2.sin(r)

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Une partie du rayon lumineux est réfléchie dans le milieu d’indice n1, l’autre partie est réfractée dans le milieu
n2.
• L’énergie du rayon réfractée est soustraite de celle du rayon incident, ainsi, au bout de quelques passages,
le rayon fini par être complètement absorbé.
• Pour n1 > n2, il existe un angle d’incidence limite tel que r = π/2
• Il n’y a plus de rayon réfracté, seul subsiste le rayon réfléchi, le rayon se propage alors dans la fibre sans
atténuation.
 Détermination de la réflexion totale :
Dans le cas où n1 > n2, lorsqu’i1 atteint une valeur limite , il y a réflexion totale, c’est-à-dire que tout le
rayon incident est réfléchie.
=> r = π/2
=> n1 sin i = n2 sin (π/2)
n1 sin i = n2
sin i = n2/n1
2. Caractéristiques d'une fibre optique
Le revêtement est une couche de plastique qui entoure la fibre optique pour la renforcer, elle aide à
absorber les chocs et permet une protection complémentaire contre des courbures excessives.
L'armature en fibres permet de protéger le cœur contre les forces d'écrasement et les tensions mécaniques
excessives lors de l'installation.
La gaine extérieure complète la protection mécanique du cœur, elle est généralement de couleur
orange, certains types présentent des couleurs noire ou jaune.
 Ouverture numérique d’une fibre optique
L’ouverture numérique caractérise l’angle maximum θo
que peut faire le faisceau pour assurer sa propagation dans
la fibre optique.

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On écrit : no.sin (θ0) = n1.sin(θ)
=> sin(θ0L) =
Sin(θ0L) représente l’ouverture numérique d’une fibre optique.
Une grande O.N permet de coupler une grande quantité de lumière issue d’une source assez divergente (diode
DEL).
 Différence relative des indices de réfraction ∆ (donnée fabricant)
, pour n1 @ n2
Comme ON = , on peut écrire : ON = n1
Remarque : ∆ s'exprime en %, soit : ∆% @ .100, en général: ∆% < 1%
 Dispersion intermodale
A l’entrée de la fibre optique, on envoi une impulsion lumineuse infiniment étroite. (Dirac)
Cette impulsion excite tous les modes de propagation de la fibre (0<θn<θL)
A la sortie de la fibre, on constate que l’impulsion s’est élargie dans le domaine temporel.
C’est le phénomène de dispersion intermodale.
Si on envoie dans le guide d’onde des impulsions lumineuses qui correspondent à la transmission d’un signal
numérique, en sortie du guide d’ondes ces impulsions vont se déformer.
Si la durée Tb séparant 2 impulsions est suffisamment brève, les signaux se recouvrent en sortie rendant le
décodage impossible. (Interférence Inter Symbole ou I.I.S.)
Conclusion :
• Il faut augmenter la période du signal numérique.
• Le phénomène de dispersion modale se traduit par une limitation de la bande passante du guide
d’onde

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3. Différents types de fibres optiques
 Fibre optique multimode à saut d'indice
C'est un guide d'onde dont le diamètre du cœur est grand devant la longueur d'onde.
L'indice de réfraction varie brusquement quand on passe du cœur à la gaine.
Le guidage de la lumière se fait suivant des lignes brisées.
Le diamètre du cœur peut atteindre quelques centaines de µm, le diamètre de la gaine est supérieur mais du
même ordre de grandeur.
 Fibre optique multimode à gradient d'indice
La gaine possède un indice de réfraction progressif, celui de l'âme est plus grand que celui de la périphérie, le
faisceau lumineux suit une trajectoire d’allure curviligne.
Le faisceau lumineux change de direction moins brusquement lors du rebond ce qui diminue les pertes.
 Fibre optique monomode
Le diamètre du cœur est inférieur à 10µm de telle sorte que le parcours de la lumière devient presque
longitudinal.
Le diamètre de la gaine est compris entre 50µm et 125 µm.
Ce type de fibre nécessite une source de lumière quasiment monochromatique. (Diode Laser)

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4. Raccordement des fibres optiques
Dans l'établissement d'une liaison par fibre optique on est contraint de relier :
• La source émettrice à la fibre optique. (fibre amorce)
• Les fibres optiques entre-elles.
• La fibre optique au récepteur optique.
On distingue 3 méthodes de raccordement des fibres optiques :
• Jointage : Consiste à souder deux fibres entre-elles, bout à bout, par fusion des matériaux
constituants en utilisant une fusionneuse automatique. (affaiblissement 0,15dB maxi.)
• Epissurage : Consiste, comme précédemment à assembler bout à bout deux fibres, et de coller le
tout par l'apport d'une colle spéciale de même indice optique que les fibres à
raccorder.(affaiblissement 0,3dB maxi.)
• Connexion amovible : Consiste à utiliser deux pièces mécaniques qui s'emboîtent ou se vissent
pour amener les deux fibres en vis-à-vis.
Les connecteurs les plus utilisés sont :
• Les connecteurs à baïonnette ST ou ST2
• Les connecteurs à encliquetage de type 'push-pull' SC
• Ces connecteurs sont appelés à être remplacés par un nouveau connecteur F0 en cours de validation.
• Chaque connecteur contribue à l'affaiblissement de la liaison, en général 0.15 à 0.3dB.
5. Principe du réflectomètre ODTR
Remarque : Une fraction de la puissance optique incidente excite localement la matière qui
rayonne la même puissance dans toutes les directions. (Diffusion de Rayleigh).
Ainsi une partie (faible) de la puissance émise par la source de lumière est retrodiffusée vers la source
A l'entrée d'une fibre en défaut, on injecte une impulsion lumineuse à l'aide d'une diode Laser.
Une photodiode PIN permet de récupérer la fraction de la puissance retrodiffusée Prd due à la diffusion de
Rayleigh.
Dès que l'impulsion traversera le milieu d'indice n1 (lieu du défaut) s'ajoutera à cette puissance retrodiffusée la
puissance réfléchie Pr.