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RÉSUMÉ
Les fibres optiques jouent un rôle majeur dans les réseaux de télécommunications modernes. Leur structure et leurs caractéristiques, la propagation des signaux et les distorsions qu’ils subissent sont décrites. Aujourd'hui ce sont les fibres classiques qui sont principalement utilisées dans les réseaux. Mais les « fibres spéciales », et en particulier les fibres microstructurées connaissent des développements intéressants.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel JOINDOT : Ancien élève de l'École polytechnique - Ingénieur en Chef des télécommunications
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Irène JOINDOT : Ingénieur Ensi Caen - Docteur de l'Université de Montpellier, habilitée à diriger les recherches
INTRODUCTION
Lne fibre optique est un guide diélectrique permettant de conduire la lumière sur une grande distance. La très grande majorité des fibres utilisées présentent une symétrie de révolution autour de leur axe et sont constituées de matériaux isotropes (verres). Notre objectif est de présenter les propriétés fondamentales de ces fibres en vue de leur application aux télécommunications, c'est-à-dire leurs propriétés concernant l'affaiblissement et la déformation subis par les signaux lors de leur propagation. Mais nous aborderons également l'étude de nouvelles structures apparues ces dernières années, les fibres microstructurées, dans lesquelles la condition d'isotropie du matériau n'est plus respectée.
C'est en 1966 que sera lancée l'idée de transporter sur de grandes distances des signaux optiques sur une fibre, mais il faudra des années pour maîtriser les procédés de fabrication et contrôler la composition des matériaux qui influe de manière décisive sur les pertes. On parviendra alors à obtenir des atténuations assez faibles pour que devienne possible la transmission des signaux sur des distances suffisamment grandes pour présenter un intérêt pratique et rendre la technique optique compétitive. Partie en 1960 de 1 000 dB/km, l'atténuation est descendue à 20 dB/km en 1975, puis 0,2 dB/km en 1984.
Comparée aux autres supports de transmission existants, la fibre optique présente une atténuation faible et quasiment constante sur une énorme plage de fréquences et offre ainsi l'avantage de bandes passantes gigantesques, permettant d'envisager la transmission de débits numériques très importants. Mais la fibre ne se réduit pas à un atténuateur parfait : la variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde est la cause principale de la dispersion chromatique, qui va entraîner une déformation des signaux transmis. Cet effet linéaire se manifeste d'autant plus que la distance est élevée, et la bande passante des signaux transmis importante. Aussi, tant que les atténuations des fibres ont été suffisamment grandes pour que le signal doive être régénéré avant d'avoir été notablement déformé, la dispersion a-t-elle été négligée. Avec la diminution des pertes et l'apparition de systèmes à très grande capacité, la dispersion chromatique est devenue un effet fondamental.
Les amplificateurs à fibre ont permis d'injecter dans les fibres des puissances importantes et de compenser les pertes de propagation ; la contrepartie en est l'apparition d'effets non linéaires, qui sont aussi une source de dégradation du signal, mais peuvent également être utilisés dans certaines conditions de manière positive pour compenser l'influence de la dispersion chromatique. Dans le cas général, effets linéaires et non linéaires interagissent et ne peuvent donc être isolés et traités séparément.
La fibre optique apparaît donc comme un milieu de propagation complexe, dont l'effet sur un signal ne peut être prédit qu'au moyen de logiciels de simulation : de nombreux laboratoires ont développé de tels outils.
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- Version archivée 1 de mai 1999 par Michel JOINDOT, Irène JOINDOT
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Modes de propagation d'une fibre monomodale
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1. La fibre et son utilisation
1.1 Différents types de fibres
1.1.1 Fibres monomodales et multimodales
Les fibres actuellement utilisées en transmission, monomodales et multimodales, sont des guides diélectriques à symétrie de révolution constitués de couches concentriques de propriétés optiques différentes. Dans une fibre idéale, l'indice de réfraction n ne dépend que de la distance r à l'axe. Le graphe n (r ) s'appelle le profil d'indice de la fibre. La figure 1 donne quelques exemples de profils d'indice. Schématiquement, en partant de l'extérieur, on rencontre successivement :
-
une couche de protection mécanique en matière plastique ;
-
une gaine optique, zone où n (r ) reste constant ;
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un cœur, au voisinage de l'axe, où n (r ) présente un maximum.
Lorsque n (r ) est constant dans le cœur, on parle de fibre à saut d'indice. Ce profil idéal simplifie les calculs, mais n'a aucune vertu particulière pour les applications pratiques. C'est un cas limite d'une famille de profils qui a été abondamment étudiée. L'expression générale de l'indice en fonction du rayon est donnée par la relation suivante :
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La fibre et son utilisation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOINDOT (M.I.) et douze coauteurs - Les télécommunications par fibres optiques. - Collection Technique et Scientifique des Télécommunications. Dunod (1996).
-
(2) - VASSALLO (C.) - Théorie des guides d'ondes électromagnétiques. - 2 tomes, Eyrolles, Paris (1985).
-
(3) - MARCUSE (D.) - Loss analysis of single mode fiber splices. - Bell System Technical Journal, 56, p. 703-718 (1977).
-
(4) - PETERMANN (K.) - Fundamental mode microbending loss in graded index and W fibers. - Optical and Quantum Electronics (GB), 9, p. 167-175 (1977).
-
(5) - AGRAWAL (G.P.) - Non linear fiber optics. - Academic Press New York (1989).
-
(6) - MOLLENAUER (L.F.), EVANGELIDES (S.G.), HAUS (H.A.) - Long distance soliton propagation using lumped amplifiers and dispersion shifted fibers. - IEEE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Deux conférences majeures se tiennent chaque année, au cours desquelles sont présentées les dernières avancées dans le domaine de la recherche en télécommunications optique :
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ECOC (European Conference on Optical Communications) qui a lieu dans une ville européenne en septembre. L'adresse du site est http://www.ecocxxxx.org où xxxx désigne l'année ;
-
OFC (Optical Fiber Communications Conference) qui a lieu aux États Unis en février mars http://www.ofcnfoec.org
Recommandations concernant les divers types de fibres optiques pour les télécommunications disponibles sur le site de l'Union Internationale des Télécommunications (UIT) à l'adresse http://www.itu.int/rec/T-REC-G.652/fr
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