Introduction aux Fibres Optiques

Classification des Fibres Optiques

Matériaux Diélectriques

• Fibre optique en silicium
• Fibre optique en verre multimode
• Fibre optique plastique

Mode de Propagation

• Fibre optique monomode (SM)
• Fibre optique multimode (MM)

Distribution de l'Indice de Réfraction

• Fibre optique à saut d'indice (SI)
• Fibre optique à gradient d'indice (GI)

Pertes dans les Fibres Optiques

Pertes par Absorption

L'absorption se produit lorsque la lumière voyageant dans la fibre optique est convertie en chaleur. Ce phénomène survient lorsqu'une partie de la lumière est absorbée par le matériau de la fibre, comme un rideau noir qui absorbe la lumière et la transforme en chaleur.

Pertes par Diffusion Rayleigh

La diffusion Rayleigh se produit lorsque les ondes lumineuses entrent en collision avec des particules dont la taille est comparable à la longueur d'onde de la lumière. La lumière est alors diffusée dans diverses directions.

Pertes par Diffusion dues à la Structure Non Uniforme

Dans les fibres optiques, des fluctuations ou irrégularités existent à l'interface entre le cœur et la gaine. Ces fluctuations provoquent la diffusion de la lumière lorsqu'elle traverse des matériaux avec des indices de réfraction différents.

Pertes par Courbure

Ces pertes se produisent lorsque la fibre est courbée au-delà de l'angle d'incidence critique, empêchant ainsi la réflexion totale interne.

Pertes par Microcourbures

Lorsqu'une pression latérale non uniforme est appliquée à une fibre optique, son axe longitudinal subit de légères courbures (de l'ordre du micromètre), ce qui entraîne une augmentation des pertes.

Pertes aux Jonctions

Les jonctions entre connecteurs de fibres optiques (amovibles) ou les épissures (permanentes) sont analogues à la jonction de deux tuyaux d'eau ou de gaz. La connexion doit être parfaite pour éviter les fuites. De même, les connexions de fibres optiques doivent être parfaites pour éviter les fuites et les réflexions de la lumière (réflexion de Fresnel).

Pertes de Raccordement entre Fibres et Émetteurs/Récepteurs

Le diamètre réduit des fibres exige un angle d'incidence précis pour le faisceau lumineux. Les imperfections des dispositifs émetteurs de lumière peuvent entraîner des pertes importantes lors de l'injection de lumière dans la fibre. Ce problème est souvent résolu en intégrant une section de fibre (pigtail) à l'émetteur en usine. Au niveau du récepteur, il est important de minimiser la réflexion de la lumière dans la fibre.

Dispersion de la Lumière dans les Fibres Optiques (Élargissement d'Impulsion)

La dispersion est un phénomène qui provoque l'élargissement des impulsions lumineuses transmises. Elle se produit parce que les différentes composantes du signal lumineux mettent des temps différents à traverser la fibre optique et à atteindre le récepteur.

Dispersion Modale

Dans les fibres multimodes, la lumière se propage selon plusieurs chemins. Certains rayons se propagent axialement, tandis que d'autres suivent des trajectoires en zigzag. Cette différence de trajet se traduit par une différence de temps d'arrivée au récepteur, ce qui provoque un élargissement des impulsions.

Dispersion Chromatique

La dispersion chromatique est la dispersion résultant de la dépendance de la vitesse de propagation de la lumière à sa longueur d'onde.

Dispersion de Guide d'Onde

Ce type de dispersion se produit lorsque l'indice de réfraction du cœur est proche de celui de la gaine.

Processus de Fabrication

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est l'une des premières méthodes de production de fibres à faibles pertes. Une autre méthode utilise un double creuset. En 1970, Corning Glass a utilisé la méthode CVD pour produire la première fibre avec des pertes de 20 dB/km. Une version modifiée de la CVD (MCVD) est actuellement utilisée, où le dépôt chimique en phase vapeur a lieu à l'intérieur d'un tube en silicium.

Sources Optiques

Les diodes laser (LD) et les diodes électroluminescentes (LED) sont couramment utilisées comme sources de lumière dans les systèmes de communication optiques. Le choix entre laser et LED dépend de l'application. Pour les liaisons haut débit et longue distance, le laser offre de meilleures performances. Pour les distances courtes et moyennes avec une bande passante limitée, la LED est généralement préférée en raison de sa simplicité.

Amplificateurs Optiques

Les amplificateurs optiques sont utilisés dans les systèmes de transmission par fibre optique pour augmenter le gain des liaisons, permettant ainsi d'espacer les répéteurs ou d'étendre la portée des systèmes de distribution.