Présentation
RÉSUMÉ
La technologie des fibres optiques a considérablement évolué depuis ses débuts. Les pertes d’atténuation par absorption et par diffusion restent à ce jour les seules limitatives dans les transmissions de longue distance, le cas notamment des applications en télécommunications terrestres et sous-marines. L’article distingue les deux types de fibres optiques : les fibres multimodes (à saut d’indice ou à gradient d’indice) et les fibres monomodes. Leurs méthodes de caractérisation et leurs domaines d’utilisation sont différents, la transmission multimode n’étant retenue que pour les applications bas de gamme.
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Philippe DUPONT : Chef du service Mesures et Contrôle à la division Recherches et Développement d’Alcatel Fibres optiques
INTRODUCTION
Depuis 1973, la technologie des fibres optiques a connu d’énormes progrès. L’atténuation linéique minimale est passée de 10 dB/km à 0,16 dB/km (record fin 1984), en même temps que la plage optimale de longueur d’onde s’est déplacée de 800-900 nm à 1 300 nm, 1 550 nm puis jusqu’à 1 675 nm.
L’utilisation de hauts débits a mis l’accent sur les propriétés de dispersion chromatique et de dispersion de polarisation mais, avec la réalisation de diodes laser très pures spectralement, le facteur limitatif redevient l’atténuation pour les liaisons de type transmissions à longue distance.
Les applications des fibres optiques sont de plus en plus nombreuses et diversifiées. On les trouve principalement dans les liaisons pour les télécommunications :
-
liaisons terrestres et sous-marines (grandes distances),
mais aussi dans des applications plus originales comme dans les domaines suivants :
-
amplification optique ;
-
fibres à maintien de polarisation ;
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liaisons aviation (gain de poids, insensibilité aux parasites électromagnétiques) ;
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armement, filo-guidage ;
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informatique et bureautique ;
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vidéosurveillance ;
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automobile (réseaux, signalisation) ;
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automates ;
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éclairage (binoculaire...) ;
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capteurs : température, déplacement, pression, intensité, haute tension... ;
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conducteur d’énergie (laser 1 060 nm) ;
-
endoscopie, endochirurgie.
Les performances étonnantes des fibres optiques nécessitent, pour la caractérisation, des bancs de mesure très précis. Mesurer l’atténuation 3 avec une incertitude de quelques centièmes de dB/km ou la dispersion 4 à 1 ps · nm–1 · km–1 près demande du soin et souvent l’élaboration de nouvelles techniques de mesure. Après un bref rappel des diverses propriétés des fibres optiques et des procédés de fabrication 1, nous détaillerons les méthodes de mesure les plus employées et/ou les plus performantes. Nous n’avons pas ici la place nécessaire pour faire une revue exhaustive de toutes les méthodes, qui peuvent découler souvent d’un principe commun. Pour plus d’information, les lecteurs trouveront une bibliographie sommaire à la fin de cet article. Précisons enfin que seule l’optique linéaire sera abordée.
Le lecteur pourra également se reporter aux articles [49] [50] dans les Techniques de l’Ingénieur.
La grande majorité des mesures sur les fibres optiques sont décrites dans les normes IEC 60793.
Cet article est la nouvelle édition actualisée du texte rédigé précédemment par :
Michel MONERIE, ancien élève de l’École polytechnique, ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications.
Pierre SANSONETTI, ancien élève de l’École polytechnique, ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications.
Jean-Claude BIZEUL.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1985 par Michel MONERIE, Pierre SANSONETTI
- Version archivée 2 de juil. 1992 par Jean-Claude BIZEUL
- Version courante de déc. 2018 par Pierre LECOY
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Phénomènes spécifiques aux fibres monomodes. Mesure des paramètres4. Mesures de dispersion
4.1 Dispersion dans les fibres
L’étude exhaustive et détaillée des phénomènes de dispersion est en dehors du sujet de cet article. Pour plus d’informations, le lecteur se reportera aux analyses théoriques (cf. bibliographie en fin d’article [47]). Nous nous contenterons ici de résumer les principales causes de dispersion.
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Dispersion matériau
Elle est due à la variation de l’indice de réfraction des verres composant la fibre. En propagation libre dans un espace homogène et isotrope d’indice n (X), la différence de temps de propagation Δτ sur une longueur L entre deux ondes planes de longueurs d’onde séparées de Δλ est :
![]()
avec :
- c :
- vitesse de propagation de la lumière dans le vide.
Le coefficient
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est appelé dispersion matériau et s’exprime généralement en ps · nm–1 · km–1 (élargissement du signal, en picosecondes, par nanomètre de largeur de raie et par kilomètre de fibre).
Pour la silice pure, M s’annule à 1 270 nm et vaut environ 20 ps · nm–1 · km–1 autour de 1 600 nm. Selon la nature et la concentration des dopants utilisés dans les fibres, ces nombres peuvent varier légèrement.
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Dispersion de guidage
Un mode guidé n’a pas les mêmes caractéristiques de propagation pour deux longueurs d’onde différentes. Même s’il n’y avait pas de dispersion matériau, il existerait une dispersion due au phénomène de guidage : β étant la constante de propagation du mode concerné, on obtient directement, par dérivation du temps de propagation de groupe τ :
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