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Télécommunicati ons optiques Fibres Optiques Michel Aubès CPAT - Université Paul Sabatier [email protected]

Télécommunications optiques

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Télécommunications optiques. Fibres Optiques Michel Aubès CPAT - Université Paul Sabatier [email protected]. Fibres optiques Plan du cours. Introduction Théorie des fibres optiques Caractéristiques des fibres optiques Technologie des fibres optiques. Fibres optiques Introduction. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Télécommunications optiques

Télécommunications

optiquesFibres Optiques

Michel Aubès

CPAT - Université Paul Sabatier

[email protected]

Page 2: Télécommunications optiques

Fibres optiquesPlan du cours

Introduction

Théorie des fibres optiques

Caractéristiques des fibres optiques

Technologie des fibres optiques

Page 3: Télécommunications optiques

Fibres optiquesIntroduction

Système de télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques

Intérêt

Caractéristiques

Types de fibres

Page 4: Télécommunications optiques

IntroductionTélécommunications optiques (1)

Télécommunications optiques : un système d ’avenir vieux comme le monde !!

Source de lumière :feu, soleil

Détecteur :oeil

Transmissionà vue

Messagecodé

Page 5: Télécommunications optiques

IntroductionTélécommunications optiques (2)

SYSTEME DE TELECOMMUNICATIONS

Emission RéceptionsignalCanal de

transmissionsignal

parole, image….

signal électrique

modulation, codagemultiplexage

démultiplexagedétection

signal électrique

parole, image...

Page 6: Télécommunications optiques

IntroductionTélécommunications optiques (3)

Canaux de transmission

Espace libre Faisceaux hertziens (≈250 MHz à 22 GHz)

Liaisons satellites (6/4GHz(C),14/11GHz(Ku), 30/20GHz(Ka)

Guides d ’ondes métalliquesLignes TEM (du Mhz au GHz)

Espace libre en optique(≈3.1014 Hz soit 300 TéraHertz)

Guides d ’ondes diélectriques (fibres optiques)(≈3.1014 Hz soit 300 TéraHertz)

Page 7: Télécommunications optiques

Domaines de fréquence des ondes électromagnétiques

(P-G. FONTOLLIET, Systèmes de télécommunications, Ecole Polytechnique de Lausanne)

Page 8: Télécommunications optiques

IntroductionTélécommunications optiques (4)

Intérêt du domaine optique

Transmission en bande de baseou

modulation d ’une porteuse

Encombrement des différents signaux :Son (téléphone) 3 KHzSon (Hi Fi) 20 KHzVidéo 6 MHz

Plus la fréquenceest élevée,plus on peutenvoyer de signauxdifférents sur le même canal

Page 9: Télécommunications optiques

IntroductionTélécommunications optiques (5)Transmission en espace libre (FSO) dans le domaine optique

Pertes importantes dues à√ l ’étalement du faisceau√ l ’absorption et la diffusion par l ’atmosphère

Les conditions de propagation dépendent fortement desconditions atmosphériques.

La transmission optique en espace libre est une solution peucoûteuse qui est réservée à des liaisons particulières à courte distance.

Pour des liaisons longue distance, on choisit la solution dela transmission en optique guidée.

Page 10: Télécommunications optiques

Atténuation linéique dans l ’atmosphère (P-G. FONTOLLIET, Systèmes de télécommunications, Ecole Polytechnique de Lausanne)

Page 11: Télécommunications optiques

IntroductionPrésentation des fibres optiques(1)

Guide d’ondes diélectriques :Guidage des ondes électromagnétiques à l’interface de

deux diélectriques

coeur

gaine

gaine

Guide cylindrique« fibre optique »

Guide planaire

L’onde électromagnétique se propage dans le cœur(optique car faible absorption dans le domaine optique)

gaine(cladding)cœur (core)

rayon a

rayon b

Page 12: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(2)Intérêt des fibres optiques

√ Largeur de bande utile très importante Capacité de transmission (potentiellement 100 Tbits/s)

√ Affaiblissement faible (0,2 dB/km) Distance entre régénérateurs importante (100 km)

√ Isolement électrique

√ Insensibilité aux perturbations électromagnétiques

√ Bonne adaptation aux techniques de transmission numérique

√ Encombrement, poids, flexibilité mécanique

Page 13: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(3)Caractéristiques des fibres optiques

Ouverture numérique :

L

indice n0

ON (NA) = n0sinL

ex : ON = 0,2 L=12°

Page 14: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(4)Caractéristiques des fibres optiques

Atténuation (linéique) en dB/km

dépend de l ’absorption par des impuretés et de la diffusion : les progrès dans l ’élaboration des matériaux ont permis le développement de la fibre optique pour les télécommunications.On parle parfois d ’atténuation intrinsèque.

Quelle longueur pour une transmission de 10% ?1968 L=10m 1975 L=500m 1990 L=50km

L 0=100 = 10

dB =10logΦ0

Φ

Page 15: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(5)Caractéristiques des fibres optiques

Atténuation (linéique) en dB/km

Verre Tauxd’impuretés

Atténuationen dB/km

L pour 1%transmission

Bouteille

Vitre

Lunettes

Optique

Sodocalcique

Silice

10 kg/tonne

1 kg/tonne

100 g/tonne

10 g/tonne

100 mg/tonne

1 mg/tonne

2.106

2.105

2.104

2.103

20

0,2

1 cm

10 cm

1 m

10 m

1 km

100 km

Page 16: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(6)Caractéristiques des fibres optiques

(P-G. FONTOLLIET, Systèmes de télécommunications, Ecole Polytechnique de Lausanne)

Page 17: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(7)Caractéristiques des fibres optiques

Dispersion Débit numérique et bande passante d ’une fibre

Dispersion : la vitesse de propagation dépend de la fréquence.La relation () n ’est pas représentée par une droite passant par l ’origine ( est la constante de propagation - déphasage par unité de longueur ).

.c

.vvide, milieu non dispersifdiélectrique non dispersifpropagation avec dispersion(dans un guide d ’ondesmétallique par exemple)

Page 18: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(8)Caractéristiques des fibres optiques

Vitesse de phase, vitesse de groupe, dispersion de vitesse de groupe

Vitesse de phase vϕ =ωβ

Vitesse de groupe vg=dωdβ

Dispersion de vitesse degroupe, si vg dépend de

pente v

pente vg

Page 19: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(9)Caractéristiques des fibres optiques

Conséquences de la dispersion

Réponse impulsionnelle : élargissement des impulsions

Fibret t

t

Limitation du débit numérique

Page 20: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(10)Caractéristiques des fibres optiques

Conséquences de la dispersion

Réponse fréquentielle : atténuation aux hautes fréquences

e

e

t

r

t

r

Fibre

Atténuation intrinséque

αi =10logΦe

Φr

Atténuation modulation`

αm=10logΔΦe

ΔΦr

Page 21: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(11)Caractéristiques des fibres optiques

Réponse Fréquentielle :

Limitation de la bande passante

Transmission

f

atténuation intrinséque

Dispersion

-3 dB

f

Pour un profil gaussien :

f =1

2πσ t

Page 22: Télécommunications optiques

Présentation des fibres optiques(12)Caractéristiques des fibres optiques

Page 23: Télécommunications optiques

IntroductionTypes de fibres optiques (1)

Fibres multimodes à saut d ’indice

Fibres multimodes à gradient d ’indice

n(r)

r

r

n(r)

Fibres en silice (SiO4)

Fibres 50/125/250, 62,5/125/250, 100/140/250(Diamètre cœur/diamètre gaine/diamètre extérieur en m)

•Inconvénients : coût, fragilité, rayon de courbure

•Fibres performantes

Page 24: Télécommunications optiques

IntroductionTypes de fibres optiques (2) Fibres monomodes

Fibres monomodes particulières (Fibres à dispersion décalée (DSP))

Fibres verre/plastique

Fibres plastique

1 à 2 mm de diamètreBon marché, forte atténuation

PCS (Plastic Clad Silica)

Page 25: Télécommunications optiques

IntroductionSystème de télécommunications à fibres optiques

(B.E.A. SALEH, M.C. TEICH, Fundamentals of photonics, Wiley)

Ce que l ’on va étudier :

(Z. TEFFANO,OptoélectroniqueEllipses)