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Auteur(s)
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Élisabeth GIACOBINO : Directeur de recherches au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Amorcée au début des années 80, une véritable révolution est en train de se produire en cette fin de XXe siècle dans les télécommunications. Remplaçant les signaux électriques, ce sont des impulsions lumineuses qui véhiculent l’information, conversations téléphoniques, données informatiques ou télévision, le long de fins cylindres de verre, les fibres optiques. En France, 22 000 Km de fibres ont été installés et assurent environ 80 % des connexions entre centraux téléphoniques. Aux États-Unis, plus de 95 % des liaisons longue distance (plus de 200 Km) utilisent des fibres optiques. Les câbles transocéaniques sont maintenant des câbles optiques.
Les fibres optiques présentent l’avantage de pouvoir transmettre l’information avec des débits beaucoup plus élevés que les câbles en cuivre traditionnels : certaines lignes peuvent transporter simultanément une dizaine de milliers de communications téléphoniques. Comparées aux fils de cuivre, les fibres sont aussi plus légères, moins encombrantes, insensibles aux perturbations électromagnétiques, inertes et résistantes à la corrosion.
L’atténuation des signaux le long des fibres optiques a diminué de façon extraordinaire en quinze ans : si la première fibre commerciale installée en 1977 aux États-Unis perdait la moitié de la lumière sur un kilomètre, en 1996, les pertes sont descendues à quelques pour-cent par kilomètre. De plus, pour les communications à haut débit (plus de 1 Mbit /s), les pertes des fibres optiques sont constantes, tandis que celles des lignes de transmission métalliques (paires de fils ou câbles coaxiaux) augmentent avec la fréquence, limitant ainsi l’utilisation de forts débits. Les fibres offrent aussi une grande souplesse d’emploi. Elles peuvent être installées pour des communications à bas débit, puis être utilisées dans un système à haut débit si l’on change l’électronique terminale.
Dans cet article, nous exposons tout d’abord le principe du guidage de la lumière dans un milieu réfractif, puis nous abordons la description et le fonctionnement des fibres optiques et leur utilisation dans les réseaux de communications. Nous présentons ensuite les futurs systèmes de communications optiques. Enfin, nous donnons un très bref aperçu sur d’autres applications des fibres optiques.
Pour des détails complémentaires, le lecteur pourra se reporter aux articles spécialisés du traité Électronique.
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Futurs systèmes de communications optiques2. Fibres optiques
Les fibres utilisées pour les télécommunications sont des guides d’onde cylindriques en verre formés d’une partie interne, le cœur, entourée d’une enveloppe d’un verre d’indice de réfraction légèrement inférieur, la gaine. Après les caractéristiques générales des fibres 2.1, nous indiquerons les problèmes que posent l’atténuation et la dispersion pour la transmission 2.2, nous décrirons les modes d’une fibre 2.3 et nous calculerons la dispersion 2.4 dans les différents types de fibres.
2.1 Caractéristiques d’une fibre optique
2.1.1 Guidage de la lumière par une fibre
Une fibre optique, constituée d’un cylindre de verre d’indice n 1 et de rayon a, entouré d’une gaine d’indice n 2 (figure 4), guide la lumière dans des conditions analogues à celles exposées au paragraphe 1.1. Un rayon qui entre dans la fibre de telle sorte que l’angle d’incidence à l’interface cœur‐gaine soit supérieur à l’angle critique donné par l’équation ...
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