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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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Télécommunications
optiquesFibres Optiques
Michel Aubès
CPAT - Université Paul Sabatier
Fibres optiquesPlan du cours
Introduction
Théorie des fibres optiques
Caractéristiques des fibres optiques
Technologie des fibres optiques
Fibres optiquesIntroduction
Système de télécommunications optiques
Présentation des fibres optiques
Intérêt
Caractéristiques
Types de fibres
IntroductionTélécommunications optiques (1)
Télécommunications optiques : un système d ’avenir vieux comme le monde !!
Source de lumière :feu, soleil
Détecteur :oeil
Transmissionà vue
Messagecodé
IntroductionTélécommunications optiques (2)
SYSTEME DE TELECOMMUNICATIONS
Emission RéceptionsignalCanal de
transmissionsignal
parole, image….
signal électrique
modulation, codagemultiplexage
démultiplexagedétection
signal électrique
parole, image...
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)
Domaines de fréquence des ondes électromagnétiques
(P-G. FONTOLLIET, Systèmes de télécommunications, Ecole Polytechnique de Lausanne)
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
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.
Atténuation linéique dans l ’atmosphère (P-G. FONTOLLIET, Systèmes de télécommunications, Ecole Polytechnique de Lausanne)
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
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
Présentation des fibres optiques(3)Caractéristiques des fibres optiques
Ouverture numérique :
L
indice n0
ON (NA) = n0sinL
ex : ON = 0,2 L=12°
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
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
Présentation des fibres optiques(6)Caractéristiques des fibres optiques
(P-G. FONTOLLIET, Systèmes de télécommunications, Ecole Polytechnique de Lausanne)
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)
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
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
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
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
Présentation des fibres optiques(12)Caractéristiques des fibres 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
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)
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)