L'Essentiel sur la Fibre Optique : Technologie et Physique

L'Avenir des Télécommunications par Fibre Optique

L'avenir des télécommunications a un nom : la fibre optique. Grâce à elle, les données voyagent sous forme de faisceaux de lumière traversant un filament.

Transmission et Avantages de la Fibre

Lorsqu'un signal lumineux est émis, il envoie un signal numérique qui transite vers les centraux téléphoniques et, à l'avenir, directement vers nos foyers.

Vitesse et Performance

La lenteur exaspérante des 20 Mb/s du DSL, nécessitant des câbles en cuivre traditionnels, n'est plus un problème. La fibre optique peut atteindre des vitesses allant de 20 Mb/s à 40 000 Mb/s (40 Gb/s).

Structure et Fabrication de la Fibre Optique

Les fibres optiques sont des filaments de verre d'une épaisseur comparable à celle d'un cheveu, parfois même d'un centième de millimètre. Ce verre est préparé, enduit, et protégé pour assurer la durabilité du futur réseau Internet.

Étapes de Production

La production de la fibre commence par des tubes de verre longs, nettoyés et traités. Les étapes clés sont :

1. Les tubes de verre sont immergés dans de l'acide fluorhydrique (HF) pour les nettoyer.
2. Ils sont ensuite chauffés au gaz, et recouverts de silicium et de germanium, qui forment le noyau de la fibre.
3. L'étape suivante consiste à amincir le filament en le suspendant verticalement.
4. Pour obtenir le diamètre final, il est chauffé à 2000 °C. Le verre se ramollit et tombe, comme du miel d'une cuillère, permettant d'atteindre le diamètre correct.
5. La fibre passe ensuite sous des lampes ultraviolettes qui forment une couche protectrice d'acrylique.
6. Finalement, elle est enroulée sur une bobine ou insérée dans un câble.

Principe de Fonctionnement de la Fibre Optique

Ondes Électromagnétiques et Lumière

La lumière et les ondes radio sont des ondes électromagnétiques. Les physiciens expliquent qu'elles sont générées par les sauts d'électrons dans les atomes (pour la lumière) ou par le mouvement des électrons dans les antennes (pour la radio).

Réflexion Totale Interne

La propagation de la lumière dans la fibre est basée sur la réflexion totale des ondes lumineuses. Cette réflexion se produit lorsque la lumière incidente frappe la frontière entre deux milieux ayant des indices de réfraction différents (ce que les physiciens appellent parfois des « densités » différentes).

Selon la loi de Snell-Descartes sur la réflexion et la réfraction, lorsqu'un rayon lumineux passe entre deux milieux de densité différente, sa direction change. L'indice de réfraction ($n$) d'un milieu est le quotient de la vitesse de la lumière dans le vide ($3 \times 10^{8}$ km/s) par la vitesse dans ce milieu.

La loi stipule que : $n_1 \sin i = n_2 \sin r$, où :

• $n_1$ et $n_2$ sont les indices de réfraction du milieu d'origine et du milieu de destination, respectivement.
• $i$ et $r$ sont les angles d'incidence et de réfraction.

Si l'inclinaison du rayon lumineux est suffisante (angle critique), le faisceau peut être réfléchi complètement. C'est ce principe physique de la réflexion totale interne qui est utilisé dans la fibre optique.

Définition et Types de Fibres

La fibre optique est un guide d'onde, un filament capable de guider un signal lumineux introduit. Comme mentionné, elle se compose de deux couches d'indices de réfraction différents. La lumière est transmise à travers elle, se réfléchissant continuellement sans pouvoir s'échapper.

Les Deux Principaux Types de Fibres

• Fibre Multimode : Elle permet la réfraction de la lumière par de nombreux chemins possibles (plusieurs modes de lumière). Elle est adaptée aux courtes distances.
• Fibre Monomode : Elle permet la réfraction de la lumière par une seule route. Contrairement à la multimode, elle supporte de plus grandes distances.