Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article présente les concepts de base en matière de propagation de la lumière dans des guides. À partir de l'analyse du guide plan qui est la plus simple, on passe au guide cylindrique, c'est-à-dire la fibre optique. Les différents types de fibres et leurs caractéristiques sont décrits et un aperçu sur leurs applications est donné.
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This article describes the basic concepts of propagation in a waveguide. Starting from the simplest case, i.e. the planar waveguide, the analysis is extended to the cylindrical guide, i.e. the optical fibre. Different types of fibres are described with their characteristics, and an insight into the applications is given.
Auteur(s)
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Michel JOINDOT : Professeur Laboratoire FOTON UMR CNRS 6082 22305 Lannion, France
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Irène JOINDOT : Ingénieur de recherche en télécommunications optiques (en retraite) Orange Labs Lannion (pendant la période d'activité), France
INTRODUCTION
Depuis le milieu des années 1990, la transmission par fibre optique est[nbsp ]devenue hégémonique dans les réseaux des opérateurs de télécommunications : elle a le monopole dans le domaine des liaisons à grande distance et à grand débit et joue un rôle de plus en plus grand, mais non exclusif, dans le domaine des réseaux d'accès.
Remplaçant les signaux électriques, ce sont des ondes lumineuses qui véhiculent l'information, essentiellement constituée aujourd'hui de données liées au trafic Internet, le long de fins cylindres de verre, les fibres optiques. Depuis la fin des années 1990, les câbles transocéaniques sont exclusivement des câbles optiques.
Les fibres optiques présentent l'avantage de pouvoir transmettre l'information avec des débits beaucoup plus élevés que les milieux utilisés antérieurement (câbles coaxiaux, radio) : les systèmes de transmission les plus performants peuvent transporter en 2015 jusqu'à 800 Gbit/s, soit environ dix millions de voies téléphoniques sur une seule fibre. Ces performances expliquent pourquoi la fibre optique s'est imposée dans les réseaux à grande distance et grande capacité.
Elle joue aussi un rôle croissant, partagé avec d'autres techniques, dans le domaine des réseaux d'accès, pour le raccordement des clients des opérateurs. Par rapport au câble de cuivre, dont les possibilités ont pourtant été augmentées de manière extraordinaire par l'ADSL, elles offrent la possibilité de débits encore plus importants et donc d'accès Internet à bande de plus en plus large.
L'atténuation des signaux le long des fibres optiques a diminué de façon extraordinaire au fur et à mesure que progressait la recherche. Dès 1966, la possibilité d'utiliser la fibre comme milieu de transmission pouvait être envisagée compte tenu des progrès qui pouvaient raisonnablement être attendus. Il faudra encore des années d'efforts pour maîtriser la chimie du verre et atteindre des pertes compatibles avec une utilisation en transmission. La première fibre commerciale installée en 1977 aux États-Unis perdait la moitié de la lumière sur un kilomètre, mais dès 1978, une atténuation de 0,2 dB/km à la longueur d'onde de 1 550 nm était atteinte par une fibre monomode fabriquée au Japon. Il faut noter que cette valeur, proche du minimum théorique, n'a pas été abaissée depuis.
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. Enfin, nous donnons un très bref aperçu sur d'autres applications des fibres optiques.
Pour plus de détails, le lecteur pourra notamment se reporter aux articles du[nbsp ]traité Électronique/Automatique (Optique Photonique) cités dans la bibliographie.
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KEYWORDS
dispersion | guided mode | optical fibres | guided propagation
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Fibres optiques
En anglais
1. Principe du guidage de la lumière
Une fibre optique est un fin cylindre de verre dans lequel la lumière est piégée par réflexion totale interne. Pour comprendre comment se propage la lumière dans une fibre, on peut considérer un système géométriquement plus simple, le guide d'onde plan symétrique, constitué d'une couche plane d'un milieu d'indice de réfraction n 1 prise en sandwich entre deux couches d'un milieu d'indice n 2 inférieur à n 1 . Les principales propriétés se transposent ensuite au cas de la fibre optique cylindrique. Nous décrivons tout d'abord les caractéristiques du guide d'onde (§ 1.1), puis nous calculons les modes d'un tel guide (§ 1.2) et nous étudions leurs propriétés (§ 1.3) ; enfin nous indiquerons comment se propage une onde continue dans un guide (§ 1.4).
1.1 Guide d'onde plan
Le guide d'onde plan symétrique décrit précédemment est représenté sur la figure 1. Lorsqu'un rayon lumineux se propage dans le milieu d'indice n 1 , il subit la réflexion totale à l'une des interfaces avec l'autre milieu d'indice n 2 si l'angle d'incidence Φ à l'interface est supérieur à l'angle critique Φc donné par :
À la réflexion suivante avec l'autre interface, le rayon est réfléchi dans les mêmes conditions et ainsi de suite. Il est ainsi guidé dans la couche par des réflexions totales successives.
Un faisceau de rayons envoyé...
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Principe du guidage de la lumière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GHATAK (A.K.), THYAGARAN (K.) - Optical electronics. - Cambridge university press (1989).
-
(2) - VASSALLO (C.) - Optical waveguide concepts. - Elsevier Amsterdam (1981).
-
(3) - SNYDER (A.W.), LOVE (J.D.) - Optical waveguide theory. - Chapman and Hall London (1983).
-
(4) - GLOGE (D.) - Weakly guiding fibers. - Applied optics, vol. 10, p. 2252-2258 (1971).
-
(5) - RUDOLPH (H.G.), NEUMANN (E.G.) - Approximations of the eigenvalues of the fundamental mode of a step index glass fiber waveguide. - Nachrichten Technische Zeitschrift, 29, p. 328-329 (1976).
-
(6) - DESURVIRE (E.), BAYART (D.), DESTHIEUX (B.), BIGO (S.) - Erbium doped fiber amplifiers. - Wiley 2002 ISBN 0-471-41903-6.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Recommandations définissant les différents types de fibres http://www.itu.int/rec/T-REC-G/f - Union Internationale des Télécommunications (UIT) -
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Quelques grands industriels se partagent le marché des fibres et câbles optiques pour les réseaux de télécommunications à longue distance au niveau mondial. Il s'agit de groupes « généralistes » qui fabriquent à peu près tous les types de fibres utilisées en télécommunications et sont capables de produire des milliers de kilomètres de fibres.
Corning
( http://www.corning.com) présent dans le domaine du verre depuis 160 ans a été à l'origine de résultats majeurs dans le domaine de la recherche dans les quarante dernières années.
Draka
( http://communications.draka.com) groupe d'origine néerlandaise qui fait maintenant partie du groupe Prysmian.
Furukawa
( http://www.furukawa.com) est un groupe japonais avec un spectre d'activités large dont les télécommunications et la fibre en particulier ne sont qu'une partie.
OFS Fitel
( http://www.ofsoptics.com) est un fibreur européen installé au Danemark qui fait maintenant partie de Furukawa.
On notera que les grands équipementiers de télécommunications avaient autrefois leurs propres usines de fibrage : c'était par exemple le cas d'Alcatel (division fibres revendue à Draka) et de Lucent (division fibres revendue à OFS).
Beaucoup d'autres industriels fabriquent des câbles, sans nécessairement fabriquer la fibre,...
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