Fibres Optiques

  • Author
    maths93

  • View
    221

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Cours fibres optiques

Text of Fibres Optiques

  • B. AMANA et J.-L. LEMAIRE

    FIBRES OPTIQUES

  • A/ THEORIE

    I INTRODUCTION

    Nous allons prsenter ici les notions de base ainsi que les relations ncessaires la ralisation

    du TP Fibres Optiques .

    Le concept de communications optiques remonte loin dans l'histoire. L'envoi de messages

    par la lumire est certainement aussi vieux que les signaux de feu ou de fume et a continu

    dans notre re moderne si on tient compte de l'utilisation de lampes dans les

    communications entre bateaux en mer. Cependant, ces mthodes de transmission dpendent

    de l'tat de l'atmosphre comme milieu de transmission.

    Un guide d'onde fabriqu partir d'un matriau non conducteur qui transmet la lumire

    (dilectrique), tel que le verre ou le plastique pourrait tre un milieu de transmission idal,

    parce qu'il n'est pas sujet aux variations atmosphriques. Les recherches entreprises dans ce

    sens aboutissent aux fibres optiques actuelles avec des pertes de puissance de lumire

    relativement faibles sur de longues distances.

    Nous sommes aujourdhui dans une priode ou le dveloppement des rseaux Internet est en

    pleine croissance et le moyen le plus rapide pour transmettre une information est bien sr la

    lumire. La transmission sans perturbation dune information dun point A un point B

    seffectue laide dun guide de lumire (fibre optique). La fibre optique est au photon ce que

    le cble coaxial est llectron !

    Les fibres optiques sont galement utilises en spectroscopie et en photomtrie. Les

    impratifs ne sont plus alors les mmes qu'en communication (utilisation longueur d'onde

    unique en gnral) puisqu'elles doivent transmettre la bande spectrale la plus large possible

    et prsenter une grande homognit du matriau sur tout le diamtre.

    Dans les deux cas l'ouverture optique de la fibre joue un rle important.

    La fibre optique est un guide donde cylindrique compos daux moins deux milieux de

    rfraction diffrents.

    Nous distinguerons deux grands types de fibres, les fibres multimodes ( saut ou gradient

    dindice) et les fibres monomodes. Les fibres multimodes sont des fibres utilises pour des

    applications bas de gamme (courte distance), tandis que les fibres monomodes sont

    surtout utilises pour des applications tlcoms et donc sur de longues distances.

    La figure 1 nous montre les diffrents types de fibre.

    2

  • Figure 2 Exemple de deux types de profil dindice.

    II RAPPELS SUR LA REFRACTION

    Considrons deux milieux dindice diffrents n1

  • 110

    12

    unk

    = pi

    ; ) cos(2 110

    1 ink X = pi

    , )sin(2 110

    1 ink Z = pi

    Avec 0, longueur donde dans le vide et 1u

    vecteur unitaire pris suivant la direction

    dincidence.

    Aprs rfraction sur la surface plane, londe se propage dans le milieu n2 selon langle

    dmergence i2 avec un vecteur donde :

    220

    22

    unk

    = pi

    ; ) cos(2 220

    2 ink X = pi

    , )sin(2 220

    2 ink Z = pi

    Avec 2u

    vecteur unitaire pris suivant la direction dmergence.

    La relation de Descartes scrit : n1 sin i1 = n2 sin i2

    En multipliant les deux termes par0

    2pi

    , on obtient : )sin(2)sin(2 220

    110

    inin = pi

    pi

    ou k1.sin(i1) = k2.sin(i2) soit : k1Z = k2Z

    On peut donc en conclure quau cours dune rfraction sur un dioptre plan, il y a

    conservation de la projection des vecteurs dondes incident et rfract sur la surface de

    sparation.

    III CONDITION DE GUIDAGE DANS UNE FIBRE

    4

  • III.1 Fibre saut dindice

    On suppose que la face dentre de la fibre est claire par un rayon de lumire

    monochromatique (0) faisant un angle avec la normale. Nous allons chercher quelle valeurdonner pour quil y ait guidage (figure 4).

    A lentre de la fibre on a : n0 sin = n1 sin = n1 cos = sin11 n .

    Pour que le guidage soit possible, il faut que les rayons soient injects dans la fibre sous un

    angle tel que langle linterface cur/gaine soit suprieur langle limite lim dfini par :

    n1 sin lim = n2 sin 2pi .

    Soit : sin lim = 21nn

    Le guidage est possible lorsque : > lim sin sin lim lim1 sin1 n

    n0 tant en gnral lair (n0 = 1) ( )21

    21 1sinnnn

    Langle limite lim dfini par : sin lim = 222

    1 nn reprsente langle dacceptance de la fibre

    Il y a donc guidage si || lim5

    Condition de guidage : 222

    1sin nn

  • III.2 Fibre gradient dindice

    Au point dincidence M (figure 5) on a : sin (M) = n(M) sin 1

    1k

    vecteur donde associ londe plane locale 1 : 10

    1 )(2

    uMnk

    = pi

    fix,

    10

    120

    22nkn

    pi

    pi

    En considrant la fibre gradient comme un empilement de couches concentriques de faible

    paisseur e, dindice dcroissant, la propagation est ramene une succession de rfraction

    sur des surfaces localement planes.

    Daprs le paragraphe prcdent, le rayon sincurve et tend devenir parallle laxe Oz de

    la fibre. Dautre part, lintrieur de chacune des couches, la projection sur laxe Oz du

    vecteur k

    est conserve :

    k1 cos 1 = k2 cos 2 = ........... = ki cos i = zek

    = cste

    La quantit = zek

    , est appele constante de propagation. Pour un point dinjection M fix,

    elle ne dpend que de linclinaison initiale (M) du rayon incident et de lindice local n(M) :

    6

  • )(sin)(2sin1)(2cos)(20

    10

    10

    MMnMnMnek z pi

    pi

    pi ====

    Elle est indpendante du trajet suivi par le rayon et peut se calculer en un point quelconque

    de celui-ci. Pour que le guidage soit possible, il faut que la trajectoire du rayon puisse devenir

    parallle laxe Oz avant datteindre linterface cur/gaine (sinon, ce rayon passe dans la

    gaine et est perdu pour le guidage). La situation extrme dans laquelle la trajectoire devient

    tangente linterface cur/gaine constitue la limite infrieure min de au-del de laquelle le guidage nest plus assur.

    Cette situation correspond :

    En conclusion, un rayon sera guid en M si : )(20

    Mnpi

    min soit n(M) (n(M)-sin) n2

    ou encore |sin (M)| )( 2nMn

    Pour une fibre a gradient dindice, langle dacceptante local (ou ouverture numrique locale)

    est dfini par :

    sin lim(M) = )( 2nMn

    7

    min = zek

    lim

    soit : min = 20

    2n

    pi

  • Remarque 1: Le raisonnement du paragraphe prcdent sur la fibre gradient dindice est

    videment applicable aux fibres saut dindice, dans ce cas on a : n(M) = n1 et sin

    21 nn

    Remarque 2 : A langle limite lim(M) correspond un angle lim lintrieur de la fibre (figure 6)

    )()(1)(

    )(sin1sin1cos 2limlimlim MnnMn

    MnM

    ===

    1

    lim2lim )(cos kMn

    n

    ==

    Les rayons injects dans la fibre au point M seront donc guids si leurs angle dinclinaison

    dans le cur est infrieur lim.

    IV OUVERTURE NUMERIQUE DUNE FIBRE

    Elle correspond la valeur maximale que peut prendre le sinus de l'angle d'acceptance :

    fibre saut dindice ON = sin lim = 21 nn

    fibre gradient dindice ON = sin lim = )( 2nMn

    = 21 nn

    ; sin lim est maximal sur laxe

    Donc, quel que soit le type de fibre : ON = sin lim = 21 nn

    8

    point 1

    point 2

  • n = n1 n2 tant trs petit, il est possible dcrire n1 + n2 = 2n1,

    do : ( )( ) nnnnnnON +=12121 2

    Remarque 1 : Compte tenu de l'uniformit axiale de la fibre, les rayons guids dans le cur

    mergent par la face de sortie dans un cne dont le demi-angle au sommet est gal l'angle

    d'acceptance. On peut donc dterminer l'ouverture numrique d'une fibre en mesurant le

    sinus du demi-angle au sommet du cne de rayonnement le plus souvent observ en sortie de

    fibre.

    Remarque 2 : Pour une fibre gradient d'indice, on dfinit l'ouverture numrique locale

    ON(M) telle que :

    ON(M) = sin (M) = )( 2nMn

    V PROFIL DINDICE DUNE FIBRE

    Le profil dindice est une reprsentation de la variation dindice dans le cur de la fibre. Dans

    une fibre multimode, la puissance lumineuse accepte en un point de sa section droite est

    proportionnelle louverture numrique locale (donc proportionnelle la diffrence entre

    lindice au point M et lindice de la gaine).

    Le profil lumineux P(M) en sortie de la fibre reprsente donc le profil dindice.

    Dans la mesure o lon peut assimiler le sommet du cne de sortie une source lambertienne

    de surface S et de luminance axiale L0, on peut valuer la puissance P(M) injecte au point M

    avec la loi suivante :

    P(M) = L0.S.(M),Avec (M) = 2.[1-cos(M)] Angle solide correspondant au cne lumineux qui sera guiddans le cur. Si langle dacceptance (M) est assez petit on a :

    2)(1

    2))((sin1

    2)(1)(cos MONMMM

    P(M) = .L0.S.ON(M) ou encore avec ON(M) 2.n1.[n(M)-n2], on arrive :P(M) = 2.L0.S.[n(M)-n2].n1 avec 2.L0.S.n1 =

    9

  • avec,n(M) indice au point M,

    P(M) puissance lumineuse en sortie au point M,

    n2 indice de la gaine.

    La calibration de lchelle des indices (dtermination de ) seffectue partir de laconnaissance de n.

    Dans une fibre gradient dindice, lindice diminue de manire continue de n1 (valeur de

    lindice sur laxe optique) jusqu n2 (indice de la gaine).

    Le profil dindice dans le cur peut scrire sous la forme : p

    a

    rnrn

    = 21)( 1

    Avec : 2

    21

    n

    nn =

    a : le rayon du cur

    p : exposant de profil (p = 1 pour un profil triangulaire ; p = 2 pour un profil parabolique).

    VI FRQUENCE SPATIALE NORMALISE

    Ce paramtre, not , reprsente la plus grande composante radiale du vecteur d'onde incident

    correspondant un rayon guid, rapport la dimension 1/a (figure 7).

    La frquence spatiale normalise est un nombre sans dimension qui permet de prvoir partir de

    quelle longueur d'onde une fibre optique fonctionne en rgime unimodal ou multimodal.

    10

  • On peut montrer l'aide de la thorie lectromagntique de la lumire et des quations de

    Maxwell, que l'angle (figure 6) ne peut prendre que des valeurs discrtes en nombre limit.

    Chaque valeur discrte de correspond une configuration de champ lectromagntique qui

    reste invariante au cours de la propagation, que l'on appelle mode de propagation, caractris

    notamment par sa constante de propagation .Une fibre peut donc tre monomode ou multimode suivant le nombre de modes quelle accepte

    de propager.

    On montre qu'une fibre fonctionne en rgime multimodal

    Le changement de rgime se fait si : > 2,405 pour une fibre saut dindice

    et si > 3,518 pour une fibre gradient dindice.

    Exemple 1 : fibre saut avec a = 5m et ON = 0,3Pour quel change-t-on de rgime ?- fonctionnement en rgime multimodal si 405,23,010.52 6

    0>

    pi

    Cest dire si 0 < 3,9.10-6m.

    - fonctionnement en rgime unimodal si 0 > 3,9.10-6m.

    Exemple 2 : fibre gradient, unimodale pour 0 = 600nm.

    Quelle valeur peuvent prendre a et ON ?

    ONa0

    2pi < 3,518 a.ON <

    pi

    2518,3 0

    = 0.336.10-6 m

    Les fibres unimodales pour les longueurs d'onde visibles auront un cur de quelques microns et

    une ouverture numrique faible (n = n1 - n2 de quelques centimes).

    On peut galement partir de ce paramtre calculer le nombre approximatif de modes Nm

    circulant dans la fibre : 4

    =mN

    VII PERTES / ATTENUATION DANS UNE FIBRE

    Trois phnomnes, explicits ci dessous et dont les effets se cumulent, participent

    l'attnuation de la lumire dans une fibre optique :

    -Labsorption

    11

  • -Les pertes (Diffusion, couplage des modes, imperfections de la fibre)

    -Les pertes dinsertion

    VII.1 Labsorption

    Sous l'influence d'un photon d'nergie suffisante, un lectron peut tre port un niveau

    d'nergie suprieur celui o il se trouvait. Une partie de l'nergie du rayonnement incident

    est ainsi absorbe par le matriau.

    Cette interaction rayonnement-matire s'applique au matriau constituant la fibre

    (absorption intrinsque), mais aussi aux impurets qu'elle contient et qui sont la consquence

    du mode de fabrication (ion Fe3+, OH-, etc.) (absorption extrinsque). A titre d'exemple, un

    taux d'impurets de quelques ppm d'ions Fe3+ entrane, 850 nm, une attnuation de 130

    dB/km ; on comprend donc la ncessit dutiliser des matriaux qui soient les plus purs

    possible pour la fabrication de fibre optique.

    VII.2 Pertes

    - Diffusion de RAYLEIGH : Elle provient des variations de l'indice de rfraction du matriau

    sur des longueurs infrieures la longueur d'onde de la lumire ; elle se traduit par une perte

    de puissance lumineuse inversement proportionnelle 4 (loi de Rayleigh).

    - Dfaut de la fibre : Les variations locales du diamtre du cur, micro-courbures, vont faire

    qu'un certain nombre de rayons vont subir une rfraction dans la gaine, entranant une perte

    d'nergie. Cette perte d'nergie est d'autant plus grande que les rayons sont plus inclins par

    rapport l'axe ; on dfinit "l'attnuation diffrentielle" comme la diffrence d'attnuation

    entre un rayon axial et un rayon inclin de par rapport l'axe.

    - Couplage de modes : Il s'agit de l'ensemble des phnomnes qui entranent des changes

    d'nergie entre les diffrentes directions de propagation des rayons. Prenons par exemple un

    rayon qui arrive avec l'inclinaison dans une zone o existent des micro-courbures ; il peut

    alors se rflchir suivant un angle ' diffrent de . En pratique, tous les rayons changent de

    12

  • l'nergie entre eux, en particulier les rayons guids et non guids, d'o un facteur

    d'attnuation supplmentaire.

    VII.3 Pertes dinsertion/de connections

    Une liaison fibre optique ncessite toujours un couplage source-fibre ou fibre-dtecteur ;

    celui ci est ralis par des connecteurs. Une liaison peut galement ncessiter le raccordement

    de fibres entre elles. Cette connexion peut tre dmontable (connecteurs fibre fibre) ou

    permanente (soudure). Toute interconnexion doit causer le minimum de pertes.

    Tableau rcapitulatif des principales causes de pertes par connection :

    Diamtre decur diffrents

    log10)(dBA =

    Ds

    alig

    nem

    ent

    ang

    ulair

    e

    (dBAcos1

    cos1log20)(

    =

    , avec sina = ON

    Dsalignementradial

    Lattnuation

    est lie aux

    conditionsdinjectiondpendant icidelexcentrement

    d

    Sparation longitudinale

    ON diffrentessinsinlog10)( =dBA

    13

  • La dtermination des pertes sur un tronon de fibre sobtient gnralement en calculant la diffrenceentre la puissance en entre de la fibre et la puissance en sortie.

    fibre = Pe(dBm) Ps(dBm) = 10.log(Pe(mW)) 10.log(Ps(mW))

    VIII POLARISATION

    Dans l'absolu, on ne ralise pas de fibre parfaite ; le problme auquel nous nous intressons

    ici est la polarisation de la lumire dans la fibre.

    Les imperfections de fabrication produisent un cur de forme plutt elliptique. De plus,

    l'utilisation, les courbures dforment aussi la fibre ; on a alors un milieu anisotrope : au vu du

    faisceau, il existe des indices diffrents selon la direction. Dans la fibre, on constate une

    birfringence : un rayon non polaris incident est dcompos en deux rayons (extraordinaire

    et ordinaire) polariss linairement mais l'un en mode transverse magntique [TM] et l'autre

    en mode transverse lectrique [TE].

    Plusieurs corrections existent :

    - Un systme lectrique peut, de loin en loin sur la fibre, capter le signal et aprs analyse

    mettre le signal comme son origine. On perd ici l'efficacit du traitement tout optique.

    - Des fibres maintien de polarisation comme les fibres cur elliptique ou les fibres

    PANDA ou TIGER.

    14

  • Avec ces fibres, on peut contrler la polarisation le long de la fibre .

    La perte de polarisation est utile pour l'utilisation des fibres comme capteurs : par exemple,

    lorsque la fibre subit des contraintes, le signal est modifi et il est possible de l'analyser pour

    remonter la valeur de la contrainte.

    B/ PARTIE EXPERMENTALE

    Le but du TP propos est dtudier diffrentes caractristiques dune fibre optique sans avoir

    besoin dinstruments performants et onreux (type analyseur de spectre ou reflctomtre).

    Dans tout le document, les directions suivantes seront considres :

    -X : face lutilisateur (perpendiculaire au banc optique)

    - Y : parallle au banc optique (axe optique)

    - Z : verticale

    I-MATRIELS NCESSAIRES AU TP

    Poste Dsignation Qt

    1

    Banc prismatique (L = 200 cm) avec jeu

    de pieds 1

    2 Cavalier standard pour banc optique 3

    15

    X (transverse)

    Y (axial)

    Z (vertical)

  • prismatique

    3

    Cavalier pour banc prismatique, platine dplacement Y sur 60 mm -Z

    sur 40 mm 2

    4

    Cavalier pour banc prismatique, platine vernier 25

    mm X 1

    5 Cavalier pour banc prismatique, platine dplacement latral 60 mm X 1

    6 Pack laser compact vert 532nm (3-5 mW) Classe III avec bague extenseur 1

    7

    Objectif achromatique de prcision 20X /

    ON 0,4 2

    8

    Objectif achromatique de prcision

    10X/ON 0,25 1

    9 Porte objectif sur tige 1

    10 Fibre optique multimode 100/140 gradient d'indice : 2m 1

    11 Connectique FC/PC pour fibre optique sur disque diam. 40 mm 2

    12 Porte composant protg diamtre 40 mm (accepte 42 mm) 2

    13 Lanterne trs haute luminosit 12V 75W 1

    14

    Alimentation 12V/75W douilles de

    scurit 1

    15 Micromtre objet : 1mm divis en 100 graduations 1

    16 Porte lame mince largeur 20mm sur tige 1

    17 Dcalage d'axe sur tige 1

    18

    Polarisants linaires en verre sur

    monture bille 2

    19 Ecran blanc 200x200, une face quadrille, une face neutre 1

    20 Mesureur de puissance portable 1

    21

    Lunette d'alignement et protection laser 532 nm jusque 100 mW

    (OPTION) 2

    1

    INFORMATIONS * : CLASSES ET DANGERS DES LASERS (A LIRE)

    Depuis son invention en 1960, le laser na cess de se dvelopper et de rencontrer de nouvelles applications

    (laboratoire, industrie, militaire,). En consquence, le nombre daccidents dus au rayonnement laser a aussi

    augment. Dans la plupart des accidents laser, cest lil qui est atteint

    Classe 1 : lasers non dangereux pour lil quelles que soient les conditions dobservation. Classe 2 (lumire Laser visible de moins d1 mW) : lasers mettant dans le visible et pour lesquels le rflexepalpbral (rflexe de clignement de lil gal 250 ms) intervient pour protger lil dune exposition

    accidentelle au laser. Cette classe 2 prolonge la classe 1 et les lasers visibles de cette classe sont non dangereux

    pour lil, si celui-ci nest pas maintenu dans le faisceau plus de 250 ms.

    Classe 3A (lumire Laser visible entre 1 mW et 5mW) : cette classe regroupe les lasers non dangereux pourlil nu, mais potentiellement dangereux si on les observe travers une optique grossissante. Classe 3B (lumire Laser visible entre 5 mW et 500 mW) : lasers dangereux pour lil nu (et encore plus sile laser passe par une optique grossissante), mais les rflexions diffuses (rayonnement diffus par unobstacle situ sur le trajet du faisceau) du laser sont sans danger. La lsion cutane est prvenue par unesensation de picotement ou dchauffement. Classe 4 : lasers les plus intenses qui sont trs dangereux pour lil nu y compris en rflexion diffuse, ainsique les lasers pouvant induire des dommages sur la peau.

    16

  • Les utilisateurs doivent avoir conscience que le laser utilis est de classe 3A, il est dangereux pour lil nu.

    II-MANIPULATIONS

    II-1. Mesure de louverture numrique

    - Placez le laser dans un cavalier dplacement vertical et axial une extrmit du banc

    (habituellement gauche cf photo). Orientez le faisceau et centrez le par rapport une cible

    place sur laxe optique (ex : cran).

    - Sur le laser, vissez la bague porte objectif puis lobjectif 20X.

    Aprs avoir consult la notice dutilisation du mesureur de puissance optique, mesurer la

    puissance (P0) du Laser directement en sortie de lobjectif. Cette mesure sera ncessaire pour

    dterminer les pertes dinjection.

    - Disposez le support + disque avec connecteur fibre dans le cavalier vernier. Ramenez

    lensemble environ 1 cm de lobjectif de microscope. Agissez alors sur les dplacements Z

    (Laser) et X (Fibre) pour centrer le faisceau sur lentre de la fibre optique. Optimisez ce

    rglage en observant le signal sortant de lextrmit de la fibre.

    - Connectez lautre extrmit de la fibre son support et positionnez-la quelques cm de

    lcran.

    - Si linjection dans la fibre est correctement ralise, vous devriez observer une tache

    lumineuse en sortie de fibre, sur un cran par exemple.

    - Pour amliorer la qualit de linjection, translatez la platine supportant le Laser dans la

    direction axiale Y afin de faire concider le point focal de en sortie dobjectif avec lentre de

    la fibre. Attention de ne pas toucher la pupille de sortie de lobjectif avec lextrmit de lafibre. Lorsque lclairement en sortie de fibre est maximal, linjection pourra tre considre

    comme optimale.

    Remarque : lorsque vous translatez le Laser, vous pourrez observer une diminution de la

    puissance en sortie de fibre (dsalignement) jouez alors sur les directions Z (Laser) et X

    (Fibre) pour retrouver un alignement optimum. Rpter cette opration jusqu obtenir une

    puissance maximale en sortie de fibre.

    Mesurer la puissance (P1) en sortie de fibre lorsque votre rglage dinjection est optimal.

    Le montage final est le suivant :

    17

  • Mesure de louverture numrique :

    QUESTIONS :1/ Calculer la valeur de louverture numrique de la fibre partir des mesures de r et d. Vous

    prendrez comme valeurs d = 10 cm (tout le quadrillage de lcran) et 20 cm (tout lcran).

    2/ Calculez alors la variation dindice n entre le cur et la gaine (n = n1 n2) sachant que lefabricant de la fibre donne n1 = 1,488. En dduire la valeur de lindice de la gaine.

    II.2. Evaluation des pertes

    - Le montage est toujours identique celui de dpart.

    - La mesure des pertes sobtient par la mesure de la puissance maximale transmise (P1) et

    de puissance injecte en entre de fibre (P0).

    QUESTIONS :1/ Vous avez pralablement dtermin P0 et P1 pour lobjectif 20X. En dduire les pertes en

    dB.

    18

    cran

    Sortie fibre

  • 2/ Si le temps le permet et si votre enseignant vous le recommande, vous pouvez

    recommencer lopration avec lobjectif 10X.

    3/ Quel est la principale origine des pertes enregistres en sortie de fibre ?

    II-3. Dtermination du profil dindice

    La technique consiste dplacer le point de focalisation dun faisceau lumineux travers un

    objectif de microscope sur la face dentre dune fibre optique. La mesure de la puissance en

    sortie de la fibre en fonction de la position du point de focalisation lentre permet de

    dterminer le profil dindice.

    La partie thorique permet de mieux comprendre lobjet de la mesure.

    - Le montage prcdent est inchang.

    - Dvissez la fibre de sortie, assemblez-la lembase FC/PC qui sera positionne devant

    la surface active du dtecteur. Si vous nutilisez pas cette embase, veillez ne pas toucher la

    surface silicium du dtecteur, au risque de la rayer.

    - Utilisez la bute micromtrique de prcision pour translater dans la direction

    transverse la face dentre de la fibre jusqu ce que la puissance mesure en sortie soit de

    quelques microwatts.

    QUESTIONS :1/ A partir du point prcdent (point de dpart 1W), balayez le diamtre de la fibre enrelevant tous les 10m (1 graduation = 10 m) la puissance P(M) en mW. Lorsque lesvariations de puissances seront importantes (>100W), utilisez un pas de 5m pour unemesure plus prcise.

    Relevez de manire prcise la valeur P(M) maximale ainsi que la position correspondante.

    2/ A partir de cette valeur maximale et du n obtenu prcdemment, dterminez le facteur

    reliant la puissance optique une variation dindice. Quelle est son unit ?

    3/ Tracez alors le profil dindice du cur de la fibre. De quel profil sagit-il ?

    4/ Sachant que le diamtre du cur de la fibre peut sobtenir partir de la largeur 3 dB de

    la courbe prcdente, donnez approximativement le diamtre du cur.

    19

  • II-4. Mesure du diamtre du cur

    - La partie injection reste inchange.

    - Lautre extrmit de la fibre optique est place sur son support lui-mme mont sur une

    platine translation YZ.

    - Positionnez la face de sortie de la fibre devant le deuxime objectif (X10) mont sur le

    porte objectif, lui-mme maintenu dans le systme dcalage daxe sur tige. Le tout est fix

    dans un cavalier dplacement latral.

    - Ajustez la hauteur (Z) de la fibre ainsi que la position (X) de lobjectif pour obtenir un

    faisceau de sortie le plus lumineux possible.

    Le montage obtenu devient alors :

    -En dplaant la face de sortie de la fibre suivant Y, formez sur lcran, plac une distance D

    (entre 60 cm et 100 cm) de lobjectif, limage du cur de la fibre. Attention de ne pastoucher la face de sortie de la fibre avec lobjectif. -Le rglage est correct lorsque la tache sur lcran est de diamtre minimal, on a alors limage

    du cur de la fibre.

    20

  • 1/ A laide de lcran quadrill, mesurez le diamtre 2a de limage du cur la distance D de

    lobjectif.

    Pour remonter au diamtre rel 2a du cur de la fibre il est indispensable de dterminer le

    grandissement de lobjectif utilis : aa

    2'2

    =

    Pour dterminer ce grandissement :

    - Retirez tous les lments du banc sauf lcran, lobjectif et son cavalier. Il est primordialde ne pas toucher au positionnement de lobjectif et de lcran.

    - A la place du Laser, disposez la lumire blanche.

    - A la place de lextrmit de sortie de fibre (avant lobjectif), placez le micromtre objet

    et sont support sur le cavalier translation YZ.

    Le montage final se prsente sous cette forme :

    21

  • - Dplacez le chariot de positionnement de lampoule de la lampe blanche afin de focaliser la

    lumire sur lentre de lobjectif.

    - Ralisez la mise au point de lobjectif par rapport la lame micromtre laide de la

    translation Y afin davoir une image nette du micromtre sur lcran placer la distance D.

    - Vous devrez observer sur lcran, limage nette du micromtre objet qui est en fait un trait d1

    mm divis en graduations.

    2/ Mesurer la taille des graduations sur lcran et en dduire le grandissement de lobjectif.

    3/ Calculez alors le diamtre 2a du cur de la fibre.

    4/ Si le temps le permet et si votre enseignant vous le recommande, vous pouvez

    recommencer lopration avec lobjectif 20X ou bien changer la distance D.

    5/ A partir du rayon du cur de la fibre, calculez la frquence spatiale normalise de celle-ci

    la longueur donde = 532 nm, ainsi que le nombre approximatif Nm de modes se propageant dans cette fibre cette longueur donde.

    6/ Calculer la longueur donde de coupure pour laquelle cette fibre passerai en rgime

    monomode.

    II-5. Dpolarisation dans une fibre

    Cette manipulation a pour but de mettre en vidence le comportement de la fibre par rapport

    une lumire polarise rectilignement.

    22

  • - Le Laser est plac sur son cavalier de translation ZY. Lobjectif de microscope est

    retirvous enverrez directement le faisceau Laser vers le cur de la fibre.

    - Positionnez et centrez lentre de la fibre optique par rapport au faisceau Laser avec les

    rglages Z (Laser) et X (Fibre) dont vous disposez.

    - Reprenez la configuration du montage prcdent pour lautre extrmit de la fibre

    optique qui est place sur son support de translation YZ : Positionnez la face de sortie de la

    fibre devant le deuxime objectif (X10) mont sur une translation dplacement transverse

    (X). Ajustez la hauteur (Z) ainsi que la position (X) de la fibre par rapport lobjectif afin

    dobtenir un faisceau collimat.

    - Insrez le polariseur P1 entre le laser et la fibre et lanalyseur P2 entre lobjectif et lcran.

    Le montage obtenu devient alors :

    1/ Tourner le polariseur P2 et observez sur lcran le comportement de la lumire en sortie de

    lobjectif. Quels sont vos commentaires sur la polarisation en sortie de fibre ?

    2/ Quelle observation aurait t attendue si la fibre navait pas t prsente (propagation dans

    lair) ?

    23

  • C/ ANNEXE

    Mesureur de puissance portable

    S p e c i f i c a t i o n s

    S e n s o r T y p e S i l i c o n C e l l

    B u i l t - i n

    A t t e n u a t o r1 m m - t h i c k N G - 1 0

    A p e r t u r e S i z e 8 m m

    W a v e l e n g t h R a n g e 4 0 0 - 1 0 6 4 n m

    A c c u r a c y 5 %

    M a x . C W P o w e r 1 0 m W

    M a x . C W P o w e r

    w i t h B u i l t - i n

    a t t e n u a t o r

    1 W

    M i n . C W P o w e r 0 . 5 W

    M i n P o w e r

    R e s o l u t i o n0 . 0 1 W

    D i s p l a y e d P o w e r

    R a n g e s

    9 . 9 9 W t o 9 9 9

    m W

    M a x . P o w e r

    D e n s i t y0 . 5 W / c m 2

    M a x . P o w e r

    D e n s i t y w i t h

    B u i l t - i n

    A t t e n u a t o r

    3 0 W / c m 2

    M e a s u r e m e n t

    D i s p l a y

    3 - d i g i t L C D w i t h

    p o w e r u n i t

    i n d i c a t o r

    24

  • Notice du mesureur de puissance portable :

    Mesure de puissance :

    1.) Mettre le commutateur sur W.

    2 ) Si la puissance mesurer attendue est >10mW glisser la tige de contrle de lattnuateur vers le capteur. Lindicateur de position du filtre est noir lorsque lattnuateur est en place et jaune lorsque lattnuateur est inactif.Ne pas dpasser 0,5W/cm2 sans lattnuateur et 30W/cm2 avec lattnuateur.

    3.) Appuyer sur le bouton Sample/Hold durant 2 3 secondes pour prendre la mesure.

    4.) Positionner le capteur dans laxe du faisceau mesurer pendant au moins 2 secondes en sassurant que le capteur est en incidence normale pour avoir la meilleure prcision possible. Si lappareil met un bip et si laffichage indique"---", cela signifie que la puissance maximale admissible est dpasse.

    5.) Relcher le bouton Sample et carter lappareil du faisceau.

    6 ) La puissance mesure est alors affiche durant 10 secondes.

    Rglage de longueur donde :

    1.) Mettre le commutateur sur .

    2.) Rgler la longueur donde entre 400 et 1064 nm avec les flches situes sur le dessus de lappareil (au-del de 999 nm laffichage indiquera de 000 064 pour les longueurs dondes comprises entre 1000 et 1064 nm). Ce rglage reste en mmoire et il est inutile de le refaire tant que lon conserve la mme source.

    25

  • 26