Memoire Fin BM Corriger

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i DEDICACES A Dieu tout puissant ; A mon père BARUTI MUSABWA B. et ma mère NAKIZIBI Pélagie; A mes précieuses sœurs et mes formidables frères ; A mes oncles et tantes ; A mes cousins et cousines ; Au groupe Schönstatt ; A mes ami(e)s et connaissances; A mes collègues ; A toute ma famille, pour vos contributions tant morales que financières, que vous avez disposés envers moi; Aux familles : BAHILO, MUTAMBALA, DANI, USSENI, KAYUMBA, MUDADI, IDRISSA, SERAPHIN MASARARA, pour l’amour et disponibilités pour réaliser ce travail ; Et à tous ceux qui me sont chers. Je dédie ce mémoire Gusthav BARUTI M.
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    05-Feb-2016
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mémoire très détaillant

Transcript of Memoire Fin BM Corriger

  • i

    DEDICACES

    A Dieu tout puissant ;

    A mon pre BARUTI MUSABWA B. et ma mre NAKIZIBI Plagie;

    A mes prcieuses surs et mes formidables frres ;

    A mes oncles et tantes ;

    A mes cousins et cousines ;

    Au groupe Schnstatt ;

    A mes ami(e)s et connaissances;

    A mes collgues ;

    A toute ma famille, pour vos contributions tant morales que financires, que

    vous avez disposs envers moi;

    Aux familles : BAHILO, MUTAMBALA, DANI, USSENI, KAYUMBA,

    MUDADI, IDRISSA, SERAPHIN MASARARA, pour lamour et disponibilits pour raliser ce travail ;

    Et tous ceux qui me sont chers.

    Je ddie ce mmoire

    Gusthav BARUTI M.

  • ii

    DEDICACES

    A mes chers Parents pour leur courage et leur patience;

    A mes surs ;

    A mes surs et frres en christ ;

    A mes oncles et mes tantes ;

    A mes neveux et mes nices ;

    A mes cousins et cousines ;

    Au mon Pasteur NGENDAKUMANA Patrick ;

    A mes amis et toutes mes connaissances ;

    A tous ceux qui me sont plus chers.

    Je ddie ce mmoire

    UWIMANA M.CLairia

  • iii

    REMERCIEMENTS

    A lEternel Tout Puissant pour sa protection, sa bndiction et qui nous a donns

    la force de respirer, nous disons merci.

    A toutes nos familles qui nont cess de nous encourager et de nous apporter

    leurs soutiens.

    Quils nous soient permis dadresser nos sincres remerciements tous ceux qui de prs ou de loin ont concourus laboutissement de cet ouvrage et qui dans leur labeur quotidien contribuent repousser les limites de lignorance. Nous pensons :

    - Msc Filston RUKERANDANGA pour son encadrement et tous les efforts dployer pour la mise au point de ce document et ainsi quaux autres membres du jury qui ont accept de lire et dvaluer ce travail de fin dtudes ;

    - Tout le personnel de lINITELEMATIQUE pour la qualit de la formation reue durant ces quatre (4) annes ;

    - Tout le personnel de LEO Burundi, GASPAS COMPAGNY, SOFT CENTER, pour leurs disponibilits durant nos stages ;

    - Nos frres et surs, pour votre affection et tendresse dans notre collaboration, Que le Dieu tout puissant soient avec vous et vous guide

    dans le bon chemin ;

    Nous aurons honte domettre tous nos ami (e) s pour leur soutien constant, dans les moments de joie et comme dans les souffrances.

    Enfin nous remercions toutes nos connaissances, ainsi que tous nos collgues,

    dont la gentillesse et la bonne humeur quotidienne contribuent lambiance de travail agrable.

  • iv

    LISTE DES TABLEAUX

    Tableau I.1. Tableau de comparaison des diffrents types de supports de

    transmission. ........................................................................................................ 12

    Tableau II.1. Comparaison entre la fibre multimode saut dindice et gradient

    dindice ................................................................................................................ 22

    Tableau II.2. Comparaison des diffrents paramtres qui caractrisent les

    diffrents types de fibre ....................................................................................... 23

    Tableau II.3. Comparaison de principaux types de fibres optiques .................... 24

    Tableau III.1. Diffrents types de sources optiques et leurs caractristiques ..... 35

    Tableau III.2. Fentre de transmission ................................................................ 43

    Tableau IV.2. Classification ISO 11801 V2 des fibres multimodes en fonction

    des diamtres du cur et de la longueur donde. ................................................ 51

  • v

    LISTE DES FIGURES

    Figure I.1. Notion de la bande passante ................................................................ 6

    Figure I.2. Signal mis et exemple de signal reu ................................................ 7

    Figure I.3. Paire torsade ....................................................................................... 9

    Figure I.4. Cble coaxial ....................................................................................... 9

    Figure I.5. Faisceau Hertzien .............................................................................. 10

    Figure I.6. Liaison satellite. ................................................................................. 11

    Figure II.1. Les diffrentes parties de la fibre optique. ....................................... 14

    Figure II.2 La loi de Descartes (n1sin1=n2sin2) ................................................ 16

    Figure II.3. La rflexion totale ............................................................................ 17

    Figure II.4. Guidage de la lumire dans une fibre a saut dindice ...................... 18

    Figure II.5. : Fibre saut dindice ....................................................................... 20

    Figure. II.6. Fibre gradient dindice ................................................................. 21

    Figure. II.7. Fibre monomode ............................................................................. 22

    Figure III.1. Rponse statique du laser et courant de seuil Is ............................. 31

    Figure III.2. Schma gnral du laser ................................................................. 32

    Figure III.3. Schma de la jonction PN dans un laser ......................................... 32

    Figure III.4. Absorption et mission stimule. .................................................... 33

    Figure III.5. Attnuation par absorption ............................................................. 39

    Figure III.6. Attnuation totale dune fibre unimodale ....................................... 39

    Figure III.7. Schma bloc dun rcepteur optique............................................... 40

    Figure III.8. Coupe transversale dune photodiode PIN ..................................... 41

    Figure III.8 Schma de principe du multiplexage WDM .................................... 45

    Figure III.9 Schma de principe du multiplexage ETDM .................................. 45

    Figure IV.1 Principe dune liaison optique ......................................................... 51

    Figure IV.2. Linterconnexion de deux locaux par fibre optique. ..................... 52

  • vi

    Figure IV.3. Liaison par fibre optique sans rpteur avec reprsentation des

    diffrentes puissances et attnuations. ................................................................ 53

    Figure IV.4. Comportement de la fibre du point de vue bande passante. ........... 55

    Figure V.1 Schma-bloc de la liaison de base .................................................... 60

    Figure V.2. Page daccueil dutilisateur .............................................................. 61

    Figure V.3. Page de visualisation des signaux .................................................... 62

    Figure V.4. Codage binaire ................................................................................. 63

    Figure V.5. Rsultat de la simulation de modulation ASK ................................. 63

    Figure V.6. Rsultat de la simulation de modulation FSK ................................. 64

    Figure V.7. Rsultat de la simulation de modulation PSK. ................................ 65

    Figure V.8. Signal la rception ASK ................................................................ 65

    Figure V.9. Signal la rception FSK ................................................................ 66

    Figure V.10. Signal la rception PSK .............................................................. 66

    Figure V.11. BER sur le rapport signal sur bruit ................................................ 67

    Figure V.12 Signal de sortie ................................................................................ 68

  • vii

    SIGLES ET ABREVIATIONS

    ADSL : Asymmetrical Digital Subscriber Line

    ASK : Amplitude Shift Keying

    APD : Avalanche Photodector Diode

    AWG : Arrayed Ware Guide grating

    dB : Decibel

    DEL : Diode Electroluminescence

    DFB : Distributed Freedback

    DPSK : Differential Phase Shift Keying

    DH : Double Heterojonction

    DSL : Digital Subscriber Line

    DWDM : Dense Wavelength Division Multiplexing

    ETDM : Electronic Time Division Multiplexing

    FGI : Fibre Gradian dIndice

    FP : Fabry-Perot

    FBG : Fibre Bragg Grating

    FSI : Fibre Saut dIndice

    FSK : Frequency Shift Keying

    GHz : Giga Hertz

    IPTV : Internet Protocol Television

    km : Kilomtre

    LAN : Local Area Network

    LED : Light Emetting Diode

    MAN : Metropolitain Area Network

    MGhz : Mega Hertz

    Modem : Modulator Demodulator

    OCDMA : Optical Code Division Multiple Access

    ON : Ouverture Numerique

    OTDM : Optical Time Division Multiplexing

    OSI : Open System Interconnection

    PSK : Phase Shift Keying

  • viii

    QAM : Quadrature Amplitude Modulation

    TDM : Time Division Multiplexing

    TEB : Taux dErreur Binaire

    VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser

    VDSL : Very High Bit Rate DSL

    WAN : Wide Area Network

    WDM : Wavelength Division Multiplexing

    WDMA : Wavelength Division Multiplexing Access

  • ix

    TABLE DE MATIERES

    DEDICACES .......................................................................................................... i

    DEDICACES ......................................................................................................... ii

    REMERCIEMENTS ............................................................................................ iii

    LISTE DES TABLEAUX .................................................................................... iv

    LISTE DES FIGURES .......................................................................................... v

    SIGLES ET ABREVIATIONS ........................................................................... vii

    TABLE DE MATIERES ...................................................................................... ix

    CHAPITRE 0. INTRODUCTION GENERALE ................................................. 1

    O.1. Introduction ................................................................................................ 1

    0.2. Problmatique ............................................................................................. 2

    0.3. Hypothse de travail .................................................................................... 2

    0.4. Choix et intrt du sujet .............................................................................. 3

    0.5. Mthodologie de travail .............................................................................. 3

    0.5.1. Mthode ................................................................................................ 3

    0.5.2. Techniques ............................................................................................ 3

    0.5. Limitations .................................................................................................. 4

    0.6. Difficults rencontres ................................................................................ 4

    0.7. Subdivision du travail ................................................................................. 4

    CHAPITRE I. GENERALITES SUR LES SUPPORTS DE

    TRANSMISSION ................................................ 5

    I.1. Introduction .................................................................................................. 5

    I.2. Caractristiques communes ......................................................................... 5

    I.2.1. Affaiblissement ...................................................................................... 5

  • x

    I.2.2. Bande passante ....................................................................................... 6

    I.2.3. Bruit et distorsions ................................................................................. 6

    I.2.4. Capacit limite des supports de transmission ...................................... 7

    I.2.5. Coefficient de vlocit ........................................................................... 8

    I.2.6. Notion de rapport signal sur bruit .......................................................... 8

    I.3. Diffrents types des supports de transmission ............................................. 8

    I.3.1. Supports guids ...................................................................................... 8

    I.3.1.1. Paire torsade ...................................................................................... 8

    I.3.1.2. Cble coaxial ...................................................................................... 9

    I.3.1.3. Guide dondes ..................................................................................... 9

    I.3.1.4. Fibre optique ..................................................................................... 10

    I.3.2. Supports libres ..................................................................................... 10

    I.3.2.1 Faisceaux hertziens ............................................................................ 10

    I.3.2.2. Satellites ............................................................................................ 11

    CHAPITRE II. CONCEPTS GENERAUX SUR LA FIBRE OPTIQUE .......... 13

    II.1. Introduction .............................................................................................. 13

    II.2. Fibre optique ............................................................................................. 13

    II.2.1. Historique ........................................................................................... 13

    II.2.2. Diffrentes parties de la fibre optique ................................................ 14

    II.2.2.1. Cur ................................................................................................ 15

    II.2.2.2. Gaine optique .................................................................................. 15

    II.2.2.3. Revtement de protection ................................................................ 15

    II.3. Principe de fonctionnement ...................................................................... 15

    II.3.1. Dphasage dune onde lors de la rflexion totale .............................. 16

    II.3.2. Guidage et propagation de la lumire dans la fibre ........................... 18

    I.3.2.1. Principe du guidage de la lumire dans une fibre optique. .............. 18

    II.3.2.2. Propagation de la lumire-Modes de propagation .......................... 19

    II.3.2.3. Nombre de modes ............................................................................ 19

    II.3.2.4. Vitesse de groupe ............................................................................ 19

    II.4. Types de fibres optiques ........................................................................... 20

  • xi

    II.4.1. Fibres Multimodes .............................................................................. 20

    II.4.1.1. Fibre multimode saut dindice ...................................................... 20

    II.4.1.2. Fibre multimode gradient dindice ............................................... 21

    II.4.2. Fibre monomode ................................................................................ 22

    II.4.3. Caractristiques des diffrents types de fibre .................................... 23

    II.5. Applications de la fibre optique ............................................................... 25

    II.7. Avantages et les inconvnients de la fibre optique .................................. 26

    II.7.1. Avantages ........................................................................................... 26

    II.7.2. Inconvnients ...................................................................................... 27

    II.8. Conclusion ................................................................................................ 27

    CHAPITRE III. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DUNE ................... 28

    LIAISON A FIBRES OPTIQUES ................................... 28

    III.1. Introduction ............................................................................................. 28

    III.2. Elments dune liaison optique. .............................................................. 28

    III.2.1. Emetteur ............................................................................................ 28

    III.2.1.1. LED (Light Emitting Diodes) ........................................................ 29

    III.2.1.2. Diodes Laser .................................................................................. 29

    III.2.1.2.2. Diffrents types de diodes lasers ................................................ 30

    III.2.1.2. Caractristiques du laser ................................................................ 30

    III.2.1.3. Effet du laser .................................................................................. 31

    III.2.1.4. Laser semi-conducteurs ............................................................... 32

    III.2.1.5. Fonctionnement du laser ................................................................ 33

    III.2.1.6. Diffrents types de sources optiques et leurs caractristiques ....... 34

    III.2.2. Canal de transmission ...................................................................... 35

    III.2.2.1. Caractristiques des Fibres Optiques ............................................. 36

    III.2.2.1.1. Longueurs dondes ...................................................................... 36

    III.2.2.1.2. Bande passante des fibres optiques ............................................. 36

    III.2.2.1.3. Attnuation dune fibre optique ................................................. 38

    III.2.2.1.3.1. Mcanisme de lattnuation ..................................................... 38

    III.2.2.1.3.1.1. Pertes par absorption ............................................................. 38

  • xii

    III.2.2.1.3.1.2. Pertes par diffusion .............................................................. 39

    III.2.2.1.3.2. Attnuation totale .................................................................... 39

    III.2.3. Rcepteur optique ............................................................................. 40

    III.2.3.1. Principe .......................................................................................... 40

    III.2.3.2. Photodtecteur ................................................................................ 41

    III.2.3.2.1. Principe de fonctionnement dune photodiode ........................... 41

    III.2.3.2.2. Photodiodes PIN ......................................................................... 41

    III.2.3.3. Amplification lectrique ................................................................ 42

    III.2.4. Fentre de transmission ..................................................................... 43

    III.2.5. Techniques de multiplexages ............................................................ 44

    III.2.5.1. Multiplexage en longueur donde (WDM, Wavelength Division . 44

    Multiplexing) ................................................................................................ 44

    III.2.5.2. Multiplexage temporel (TDM, Time Division Multiplexing) ....... 45

    III.2.5.3. Principe du multiplexage optique .................................................. 46

    III.2.6. Technique de modulation .................................................................. 46

    III.2.6.1. Modulation directe ......................................................................... 46

    III.2.6.2. Modulation externe ........................................................................ 46

    III.2.6.3. Pnalit induite par la dispersion chromatique .............................. 47

    III.2.6.4. Bande spectrale ............................................................................. 47

    III.3. Conclusion ............................................................................................... 48

    CHAPITRE IV : ETUDE DE LA PERFORMANCE DE LIAISON A FIBRES

    OPTIQUES .......................................................................................................... 49

    IV.1. Introduction ............................................................................................ 49

    IV.2. Evaluation des performances dune liaison fibres optiques ................ 49

    IV.2.1. Attnuation ........................................................................................ 49

    IV.2.2. Bande passante .................................................................................. 49

    IV.3. Classification des fibres .......................................................................... 50

    IV.4. Composant mettre en uvre pour une liaison optique ........................ 51

    IV.5. Bilan de liaison ....................................................................................... 52

    IV.5.1. Prsentation dune liaison par fibre .................................................. 53

  • xiii

    IV.5.1.1. Affaiblissement total de propagation ............................................. 54

    IV.5.1.1.1. Affaiblissement total ................................................................... 54

    IV.5.1.1.2. Longueur maximum dun canal non dispersif ........................... 55

    IV.5.1.1.3. Influence de la bande passante sur la longueur de la liaison ...... 55

    IV.5.2. Connecteurs ...................................................................................... 56

    IV.5.2.1. Fonctionnalit des connecteurs fibre optique ................................ 56

    IV.5.2.2. Raccordements (pissure) et couplages optiques .......................... 57

    IV.5.2.2.1. Coupleurs optiques ..................................................................... 57

    IV.5.3. Bilan nergtique .............................................................................. 57

    IV.6. Conclusion .............................................................................................. 58

    CHAPITRE V. SIMULATION DE LA PERFORMANCE DUN RESEAU A

    FIBRES OPTIQUES ........................................................................................... 59

    V.1. Introduction .............................................................................................. 59

    V.2. Prsentation du langage MATLAB .......................................................... 59

    V.3. Schma-bloc dune liaison fibre optique ............................................ 60

    V.3.1. Prsentation dinterface daccueil ...................................................... 61

    V.3.2. Visualisation des signaux de modulation numrique ....................... 62

    V.3.2.1. Signal dentrer ................................................................................ 62

    V.3.2.2. Signal modul ................................................................................. 63

    V.3.2.3. Signal du canal de transmission ...................................................... 65

    V.3.2.4. Signal de sortie ................................................................................ 67

    V.4. Conclusion. ............................................................................................... 68

    CONCLUSION GENERALE ............................................................................. 69

    BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................. 70

  • 1

    CHAPITRE 0. INTRODUCTION GENERALE

    O.1. Introduction

    Les volutions rapides des services de tlcommunications accessibles

    aux usagers, notamment les services multimdias enrichis l'Internet trs haut

    dbit, lIPTV, la visiophonie tendue, la tlvision Haute Dfinition ; les futurs rseaux devront bientt tre capables de transporter des flux de donnes pouvant

    atteindre le gigabit par seconde. Cette demande de trs hauts dbits va largement

    au-del des possibilits offertes par les solutions actuelles base de cble

    (ADSL, VDSL, etc.). Le dveloppement de la fibre optique changera le monde

    des tlcommunications daujourdhui et ouvrira de nouveaux spectres aux fournisseurs de services qui, durant plusieurs dcennies, ont souffert de la

    limitation de ressources : cette technologie permettra une vraie concurrence dans

    tous les principaux services de tlcommunications tels que la voix, la vido et

    les donnes. Ce choix de la fibre optique, qui est une rvolution, est d aux

    efforts soutenus des chercheurs dans le domaine des tlcommunications

    optiques.

    Cette rvolution est survenue la fin des annes 70 lorsqu'il s'est avr

    possible de transporter un signal optique dans une fibre de verre avec des pertes

    infrieures 20dB/km. Ce dfi a initi un effort de recherche l'chelle

    mondiale qui a permis d'atteindre le niveau actuel de 0.2dB/km, proche de la

    limite thorique attendue pour la silice.

    Outre son diamtre et sa masse beaucoup plus faibles, elle ne perturbe pas

    les dispositifs lectriques et assure une excellente isolation du signal vhicul.

    Enfin, les trs faibles niveaux dattnuation dans la fibre autorisent le transport du signal sur de grandes distances. Ces excellentes caractristiques font de la

    fibre optique un choix particulirement attractif pour plusieurs systmes de

    distribution de signaux.

    La liaison de transmission optique permet aujourdhui datteindre une trs bonne fiabilit (exprime en termes de taux derreurs) trs suprieure celle des systmes antrieurs, en particulier des faisceaux hertziens

    [1]. Ce support est

    largement utilis par les rseaux trs longue distance et apparat depuis

    quelques annes dans le rseau d'accs optique pour permettre aux abonns

    "haut dbit" de profiter de performances plus leves que d'autres supports tels

    que le cble coaxial, le Wifi ou encore la transmission par satellite.

    Notre travail portera sur une analyse intitule Etude de performance

    dune liaison fibres optiques .

  • 2

    0.2. Problmatique

    Les liaisons optiques analogiques sont connues partir des annes 90

    suite des progrs trs significatifs dans les applications qui concernent le

    contrle de rseaux dantennes, les communications cellulaires et la distribution

    de signaux pour la tlvision par cble. Les rseaux daccs DSL dploys

    atteignent leurs limites en termes de dbit et de porte. Or, le dveloppement de

    nouveaux services de tlcommunications implique une forte croissance du

    besoin en bande passante offerte aux utilisateurs. De ce fait, loptique a fait son

    entre dans nos foyers depuis quelques annes, travers les liaisons trs haut

    dbit. Cette situation nous conduit, certes, un certain nombre dinterrogations

    dont ltude sera faite tout au long de ce travail :

    Quest ce qui justifie le choix de la fibre optique par rapport aux autres supports de transmission ?

    Quels sont les quipements utiliss dans une liaison optique? Quel avantage tire-t-on avec la liaison optique ? Quelles performances peut-on en attendre ?

    0.3. Hypothse de travail

    Dans le cadre de ce travail et eu gard la problmatique voque ci-

    dessus, nous mettons les hypothses suivantes, priori, qui apparaissent dans

    les lignes suivantes :

    Le choix de la fibre optique lui, est li ses normes caractristiques et performances permettant d'augmenter considrablement les capacits des

    systmes de transmission haut dbit ;

    Pour tablir une liaison optique, comparativement au systme de transmission par onde radio, il faut aussi la fibre optique : un metteur,

    un support de transmission et un rcepteur ;

    La liaison fibres optiques prsente de nombreux avantages en performance de transmission tels que : une trs faible attnuation, une trs

    grande bande passante et des possibilits de multiplexage qui permettent

    d'atteindre de trs hauts dbits sur une trs grande porte ;

    Une performance en centaine de Mga bits par seconde.

  • 3

    0.4. Choix et intrt du sujet

    Partant de certitude, nous disons que ce sujet revtant dune importance

    capitale a attir notre attention car, il nous permet de connaitre et de comprendre

    explicitement la performance dune liaison optique proposant de transporter

    simultanment de la parole tlphonique, des donnes informatiques et des

    applications multimdias haut dbut, sur un support de transmission sr,

    capable de minimiser lintgration de ses services.

    0.5. Mthodologie de travail

    Compte tenu de la place et lutilit de la mthode dans une recherche ou travail scientifique, nous avons fait recourt certaines mthodes et techniques

    qui nous permettront de rpondre notre proccupation.

    0.5.1. Mthode

    Pour llaboration de notre travail, nous avons fait recours deux mthodes, nous citons :

    - Mthode analytique

    Cette mthode nous a servi danalyser la performance de la liaison optique face aux diffrentes liaisons des systmes de transmission.

    - Mthode comparative

    Cette mthode nous a aids dans la comparaison des diffrents supports de

    transmission, de leurs avantages et inconvnients.

    0.5.2. Techniques

    La technique est un outil mis a place la disposition de recherche et

    organise la procdure dun travail. Et celle pour laquelle nous avons opt pour celui-ci est technique est la technique documentaire.

    Cette technique nous a permis de consulter les ouvrages, revus et les

    archives en rapport avec notre thme de recherche. En plus nous nous sommes

    servis de loutil internet ainsi que la consultation des mmoires des autres tudiants.

  • 4

    0.5.3. Limitations

    Compte tenu des contraintes diverses, entre autre celles lies au temps qui

    nous tait imparti pour llaboration de ce travail, nous ne pouvons prtendre taler notre recherche sur tous les supports de transmission de

    tlcommunication. Nous allons nous limiter sur la performance de la liaison

    fibres optiques.

    0.6. Difficults rencontres

    Dans la ralisation de ce travail, nous nous sommes heurts diverses

    difficults dont lnumration exhaustive serait impossible, les plus complexes tant :

    - La faible documentation sur le sujet enqut dans les bibliothques locales ;

    - La grande partie de notre documentation tait tire de linternet dont laccessibilit nest pas donne tout le monde.

    0.7. Subdivision du travail

    Outre lintroduction et la conclusion, ce travail sarticule autour de cinq chapitres.

    - Le premier chapitre parle des gnralits sur les supports de transmission ;

    - Le deuxime chapitre dgage les concepts gnraux sur la fibre optique ;

    - Le troisime chapitre porte sur les caractristiques techniques dune liaison

    fibres optiques;

    - Le quatrime chapitre sintresse ltude de la performance dune liaison

    fibres optiques ;

    - Et enfin le cinquime chapitre porte sur la simulation de la performance dun

    rseau fibres optiques.

  • 5

    CHAPITRE I. GENERALITES SUR LES SUPPORTS DE

    TRANSMISSION

    I.1. Introduction

    Linfrastructure dun rseau, la qualit de service offerte, les solutions logicielles mettre en uvre dpendent largement des supports de transmission utiliss. Ces supports exploitent les proprits de conductibilit des mtaux

    (paires torsades, cble coaxial,), les ondes lectromagntiques (faisceaux hertziens, guides dondes, satellites) et le spectre visible de la lumire (fibre optique). Toutes ces proprits concernent lensemble des systmes de transmission guids et/ou non guids (ou supports libres) complexes.

    La complexit de ces systmes provient gnralement du fait quune liaison peut emprunter diffrents supports. Le systme de transmission devra

    alors raliser ladaptation du signal transmis chaque changement de type de support utilis.

    Les caractristiques des supports diffrent selon la nature physique de

    ceux-ci et du mode de propagation choisi. Il porte aussi essentiellement sur

    lexplication des quelques caractristiques communes et donne un aperu sur le choix de la fibre optique jug prcieux pour des rseaux hauts dbits.

    Les supports tant lorigine de nombreux problmes de transmission, il est important de bien en connatre les caractristiques pour en comprendre

    lutilisation et prvenir les diffrents problmes dexploitation pouvant survenir. Dans cette partie, nous allons passer en revue quelques caractristiques

    essentielles des supports de transmission sachant que les possibilits de

    transmission (dbit, taux derreurs, distance franchissable, ) dpendent essentiellement des caractristiques et de lenvironnement de ceux-ci.

    I.2. Caractristiques communes

    Cette section nous donne les explications des caractristiques communes

    des supports de transmission.

    I.2.1. Affaiblissement

    Un canal de transmission attnue (affaiblit) lamplitude du signal qui le

    traverse. Le phnomne dattnuation correspond une perte dnergie du signal

    pendant sa propagation sur le canal, et saccentue avec la longueur de celui-ci.

    La quantit dnergie perdue dpend trs troitement de la frquence du signal et

    de la bande passante du systme.

  • 6

    On mesure lattnuation par le rapport

    o Ps est la puissance du signal

    la sortie du canal et Pe la puissance du signal lentre du canal. Il est courant

    dexprimer lattnuation en dcibels (dB) sous forme de 10log

    (elle est aussi

    exprime en dcibels par kilomtre).

    I.2.2. Bande passante

    On appelle bande passante, la quantit des donnes pouvant tre transmise

    par un support de transmission. La bande passante est celle dans laquelle les

    signaux appliqus lentre du support de transmission ont une puissance de

    sortie suprieure un seuil donn aprs la traverse du support. Le seuil fix

    correspond un rapport dtermin entre la puissance du signal dentre et la

    puissance du signal trouv la sortie. En gnral, on caractrise un support par

    sa bande passante 3 dB, cest--dire par la plage de frquences lintrieur de

    laquelle la puissance de sortie est, au pire, divise par deux. Si on note Ps la

    puissance de sortie et Pe la puissance dentre, laffaiblissement A en dcibel est

    donn par la formule :

    A = 10log10

    ; pour

    = 0,5, on trouve 10log10

    ; = 3dB. (I.1)

    Figure I.1. Notion de la bande passante

    I.2.3. Bruit et distorsions

    Les supports de transmission dforment les signaux quils transportent,

    mme lorsque leurs frquences sont adaptes, comme lillustre la figure I.2.

    Diverses sources de bruit perturbent les signaux : parasites, phnomnes de

    diaphonie certaines perturbations de lenvironnement introduisent galement

    des bruits (foudre, orages pour le milieu arien, champs lectromagntiques dans

    des ateliers).

  • 7

    Par ailleurs, les supports affaiblissent et retardent les signaux. La distance

    est un facteur daffaiblissement, trs important pour les liaisons par satellite.

    Ces dformations, appeles distorsions, sont gnantes pour la bonne

    reconnaissance des signaux en sortie, dautant quelles varient avec la frquence

    et la phase des signaux mis.

    Figure I.2. Signal mis et exemple de signal reu

    Mme lorsque les signaux sont adapts aux supports, on ne peut pas

    garantir leur rception correcte 100 %. Le rcepteur dun signal doit prendre une dcision dans un laps de temps trs court. De ce fait, cette dcision peut tre

    mauvaise.

    Par exemple, un symbole 1 mis donne une dcision symbole 0 reu ,

    ce qui constitue une erreur de transmission.

    Les fibres optiques sont les meilleurs supports, car le taux derreur y est trs faible : 10

    12 (une mauvaise dcision pour 10

    12 bits transmis).

    Les cbles et les supports mtalliques prsentent des taux derreur moyens. Les liaisons sans fil ont un taux derreur variable, sensible aux conditions mtorologiques.

    I.2.4. Capacit limite des supports de transmission

    La capacit dun support de transmission mesure la quantit dinformations transporte par unit de temps. Les caractristiques que nous venons de voir fait que la capacit dun support est limite. Un thorme d Shannon1 exprime, en bits par seconde, la borne maximale de la capacit CMax

    dun support de transmission : CMax = W log2 (1 + S/B)

    O W = Bande passante

    S/B = Rapport signal sur bruit

  • 8

    I.2.5. Coefficient de vlocit

    Le coefficient de vlocit est une grandeur qui mesure la vitesse de

    propagation du signal dans un support. Cest le rapport entre la vitesse de

    propagation relle et la vitesse de la lumire (c = 3.108m/s).

    I.2.6. Notion de rapport signal sur bruit

    La quantit de bruit prsente sur un canal de transmission, est exprim

    par la puissance du signal transmis sur la puissance de bruit et prend le nom de

    rapport signal sur bruit, nous crivons ce rapport

    et on a coutume

    de lexprimer sous la forme 10log

    en dcibels (dB). Ce rapport varie dans le

    temps, puisque le bruit nest pas uniforme, toutefois on peut en estimer une

    valeur moyenne sur un intervalle de temps. Le rapport signal sur bruit est aussi

    une caractristique dun canal de transmission.

    I.3. Diffrents types des supports de transmission

    Gnralement on classe les supports en deux catgories :

    - Les supports guids (supports cuivre et supports optiques) ;

    - Les supports libres (faisceaux hertziens et liaisons satellites).

    I.3.1. Supports guids

    I.3.1.1. Paire torsade

    Elle se prsente comme un ensemble de paires mtalliques torsades

    (Ethernet 10BaseT : 4paires) de 0,4 0,6 mm de diamtre, avec ou sans

    blindage. Ce cble peut tre utilis avec une longueur maximale de 100m

    (Ethernet sur paires torsade 10Base T) en autorisant des dbits de transmission

    dpassant les 10 Mbit/s. Diffrents niveaux permettent de caractriser les

    qualits dun cble, afin dadapter le cblage aux exigences dun rseau : niveau 1 et 2 pour transmission vocale ou transmission de donnes faible dbit, le

    niveau 3 est destin aux rseaux avec des dbits de transmission vocale ou

    transmission de donnes faible dbit, le niveau 3 est destin aux rseaux avec

    des dbits de transmission pouvant aller jusqu 16 Mbit/s, le niveau 4 a t conu pour des rseaux fonctionnant jusqu 20 Mbit/s et les cbles de niveau 5 transmettent des vitesses pouvant atteindre les 100 Mbit/s. Ce support est

    utilis dans des domaines trs varis : cblage tlphonique, cblage de

  • 9

    lEthernet, il prsente lavantage dtre peu onreux et utilise des connecteurs RJ faciles demploi et un prix peu lev. Par contre, ce cblage demande parfois lutilisation de boitiers onreux, et prsente linconvnient dtre sensible aux perturbations.

    [2]

    Figure I.3. Paire torsade

    I.3.1.2. Cble coaxial

    Pour viter les perturbations dues aux bruits externes, on utilise deux

    conducteurs mtalliques cylindriques de mme axe spars par un isolant. Le

    tout forme un cble coaxial (voir figure 1.4). Ce cble prsente de meilleures

    performances que la paire torsade : affaiblissement moins important,

    transmission de signaux de frquences plus leves, etc. La capacit de

    transmission dun cble coaxial dpend de sa longueur et des caractristiques physiques des conducteurs et de lisolant. Sur 1 km, un dbit de plusieurs centaines de Mbit/s peut tre atteint. Sur des distances suprieures 10 km,

    lattnuation des signaux rduit considrablement les dbits possibles. Cest la raison pour laquelle on utilise dsormais les fibres optiques sur les liaisons

    grandes distances.

    Figure I.4. Cble coaxial

    I.3.1.3. Guides dondes

    Reprsent pratiquement sous forme des tuyaux mtalliques,

    dilectriques ; les guides dondes servent comme lignes de transmission en hyperfrquences.

    On en distingue de plusieurs formes savoir :

    - guide rigide section rectangulaire ; - guide section circulaire ; - guide semi souple section elliptiques etc.

  • 10

    Les guides dondes ont pour inconvnient majeur : la non utilisation sur des longues distances. Il est caractris par les proprits suivantes :

    - Frquence de coupure : cest la frquence partir de laquelle, les ondes peuvent tre transmises dans un guide.

    - Energie lectromagntique : cest lnergie transporte lintrieur dun guide dondes.

    I.3.1.4. Fibre optique

    La fibre optique est constitue dun fil en verre ou en plastique trs fin qui

    possde la proprit de conduire la lumire. Elle sert dans la transmission de

    donnes terrestres et ocaniques et offre un dbit dinformation nettement

    suprieur celui des cbles coaxiaux. Elle supporte un rseau large bande

    par lequel peuvent transiter diffrents types de services : la tlvision, la

    tlphonie, la visioconfrence ou les donnes informatiques.[3]

    La

    communication par fibre optique utilise la fibre optique comme support de

    transmission et la lumire comme transporteur. Elle fait lobjet du chapitre qui

    suit.

    I.3.2. Supports libres

    I.3.2.1 Faisceaux hertziens (FH)

    Ce sont des missions lectromagntiques diriges et reues par des

    paraboles et de rflecteurs semis-priphriques.

    Les faisceaux hertziens existent sous formes fixes ou mobiles et peuvent

    assurer la transmission des signaux analogiques ou numriques. Les

    quipements FH utilisent les hyperfrquences. Il repose sur une transmission

    radiolectrique travers latmosphre. Comme les ondes se propagent en ligne droite, on est limit par la

    courbure de la terre et il faut disposer de relais tous les 50 Km.

    Figure I.5. Faisceau Hertzien

  • 11

    I.3.2.2. Satellites

    Ce sont des dispositifs chargs de diffuser sur une partie de la surface

    terrestre sous forme de cne dondes, les ondes lectromagntiques reues dun seul point terrestre. Situes en orbite gostationnaire, ils se dplacent la mme

    vitesse que la terre et sont apparemment immobiles.

    Figure I.6. Liaison satellite.

    Bref, les liaisons sans fils sont possibles grce des infrarouges ou laser

    sur de courtes distances et grce aux faisceaux hertziens pas uniquement pour

    les liaisons satellitaires. Les dbits sont trs levs mais les transmissions sont

    sensibles aux perturbations et les possibilits dcoute sont nombreuses.

    Comparaison des diffrents supports

    Nous prsenterons dans le tableau I.1, une comparaison des diffrents

    types de supports de transmission.

  • 12

    Support Paire torsades Cble coaxial Ondes radio Fibre

    optique

    Propagation Guide Guide Libre dirige Guide

    Proprit

    matriau

    Cuivre Cuivre Silice,

    Polyxne

    Bande

    passante

    KHz-MHz MHz GHz THz

    Attnuation Forte Forte (Fonction

    de frquence)

    Variable Trs faible

    Sensibilit

    aux

    perturbations

    Forte

    Faible Forte Nulle

    Cout du

    support

    Trs faible Faible Nul Elev

    Applications - Tlphone

    - Rseau bas et

    moyen dbit

    - Rseaux hauts

    dbits courtes

    distances

    - Rseaux

    tlphonique,

    - Rseaux

    locaux haut

    dbits

    - vido

    -Hertzien

    - Satellite

    -Mobile

    -Haut dbit

    longues

    distances

    Tableau I.1. Tableau de comparaison des diffrents types de supports de

    transmission.

    Aprs avoir donn une ide gnrale sur les caractristiques communes et

    les diffrents supports de transmission, nous allons aborder au chapitre suivant,

    les concepts gnraux sur la fibre optique.

  • 13

    CHAPITRE II. CONCEPTS GENERAUX SUR LA FIBRE OPTIQUE

    II.1. Introduction

    L'apparition de la fibre optique a totalement rvolutionn le monde des

    tlcommunications. La conception des systmes de transmission trs grande

    capacit tait dsormais possible. De plus, les changes travers ces systmes

    allaient tre de plus en plus nombreux et la demande de services de plus en plus

    lev. Mais son apparition a ncessit la conception et le dveloppement de

    nouveaux composants optiques ou optolectroniques performants.

    Ce chapitre est consacr aux concepts gnraux sur la fibre optique. Nous

    prsentons tout dabord le principe de fonctionnement et les proprits de la

    fibre optique ainsi que les diffrents types de fibres optiques utiliss pour

    diverses applications. Nous prsentons par la suite le mode de transmission, les

    techniques de multiplexage dans le domaine optique utilisables pour laccs

    multiple et enfin les avantages et inconvnients de cette technologie.

    II.2. La fibre optique

    Une fibre optique est un guide donde optique constitu de deux ou

    plusieurs couches de matriaux dilectriques transparents dindices de rfraction

    diffrents assurant le confinement de la lumire au voisinage du centre.

    II.2.1. Historique

    En 1854, le physicien irlandais Tyndall a fait une premire dmonstration

    scientifique de ce phnomne dont lexprience consistait guider la lumire du soleil dans un jet deau. Et en 1950, La premire application fructueuse de la fibre optique a eu lieu avec le fibroscope flexible, permettant de transmettre une

    image le long dune fibre de verre. Il fut particulirement utilis en endoscopie pour observer le corps humain. Cependant, la mauvaise qualit des fibres ne

    permettait pas de transmettre la lumire sur une longue distance.

    Initialement les fibres optiques taient exposes des attnuations trs

    leves (1000 dB/km) et ntaient donc pas comptitives par rapport aux cbles

    coaxiaux basse frquence (5 10 dB/km). En 1970, les scientifiques

    amricains Robert Maurer, Donald Keck et Peter Schultz de la socit coming

    en Amrique, produiraient la premire fibre optique, avec pertes de phase

    suffisamment faibles de lordre de 17 dB/km, pour tre utilise dans les rseaux

    de tlcommunications. Cette fibre optique, pourtant loin d'galer les

  • 14

    performances des fibres optiques modernes, pouvait transporter 65000 fois plus

    dinformation quun cble en cuivre ordinaire.

    En 1974, les pertes de fibre optique de longueur donde 1300 nm ont t

    rduites 0.4 dB/km. Aujourdhui la fibre conventionnelle affiche des pertes

    nettement plus faibles de lordre de 0,25 dB/km pour la longueur donde de

    1550 nm utilise dans les tlcommunications.

    Et depuis les annes 1980, la structure de ces fibres est trs simple : un

    cylindre en silice dont le cur est dop avec un oxyde de germanium. Les dimensions dune fibre sont comparables celles dun cheveu.

    Avant lapparition de la fibre optique, tous les rseaux de communication taient cbls au moyen des fils en cuivres. Aujourdhui, de plus en plus dentreprises se tournent vers la fibre optique, qui prsente de nombreux avantages par rapport au fil en cuivre. Tout dabord, les fibres permettent de transporter une grande quantit dinformation en mme temps, grce une grande largeur de bande. De plus, le signal est beaucoup moins attnu (~100

    fois moins), ce qui permet de limiter le nombre de rpteurs [4]

    .

    Enfin, les fibres optiques ne demandent pas dentretien particulier et ont une trs bonne durabilit chimique, alors que les fils de cuivre se dgradent vite

    cause de la corrosion. La baisse significative des couts survenue ces dix

    dernires annes permet dailleurs de proposer la fibre optique comme alternative au cuivre dans tous les types de rseaux.

    Aujourdhui, 80% des communications longue distance se font par le rseau fibres optiques.

    II.2.2. Diffrentes parties de la fibre optique

    La fibre optique est compose de trois parties principales : Le cur, la gaine et le revtement de protection.

    La figure suivante prsente les diffrentes parties de la fibre optique.

    Figure II.1. Les diffrentes parties de la fibre optique.

  • 15

    II.2.2.1. Cur

    Gnralement en silice, est la partie o a lieu la rfraction qui permet le

    transfert de la lumire et des informations. La fibre optique utilise pour la

    transmission de linformation numrique possde un cur de silice trs pure,

    pouvant tre dop afin de modifier son indice de rfraction. Cest

    lintrieur du cur que va se propager la lumire.

    II.2.2.2. Gaine optique

    La gaine optique est constitue dans le mme matriau que le cur

    quelle entoure (avec leurs indices sont proches) cest--dire n1 et n2 sont

    approximatives gaux.

    II.2.2.3. Revtement de protection

    Gnralement constitu de plastique, il assure la protection mcanique de

    la fibre optique, il sert galement pour la flexibilit de la fibre et facilite sa

    manipulation et peut runir plusieurs fibres. Cette couche extrieure nintervient

    pas lors de la transmission de la lumire. Il a pour fonction de protger les

    autres parties de la fibre optique et dassurer sa flexibilit [5].

    II.3. Principe de fonctionnement

    Un faisceau de lumire (figure II.2), au passage dun milieu 1 vers un

    milieu 2 (dioptre), est rflchi (retour au milieu dorigine) et est rfract avec

    une dviation (passage dans le milieu 2).

  • 16

    Figure II.2 La loi de Descartes (n1sin1=n2sin2)

    Lindice de rfraction (n1, n2) mesure le rapport entre la vitesse de

    propagation du rayon lumineux dans le vide et celle dans le milieu considr.

    Lorsque langle dincidence augmente (1), lnergie rfracte diminue et

    lnergie rflchie augmente. Si on augmente encore langle, la rfraction

    devient nulle (2 = /2, condition limite de la rfraction) toute lnergie est

    rflchie (rflexion totale). Cette proprit est utilise pour raliser des guides de

    lumire : la fibre optique. La rflexion totale est assure par des valeurs

    dindices proches, tel que n1>n2 ou n1 est lindice du cur n2 celui de la gaine [6]

    .

    II.3.1. Dphasage dune onde lors de la rflexion totale

    Considrons la rflexion totale sur une surface plane qui spare deux

    matriaux dilectriques, dindice n1 et n2, avec n1>n2 (on dit que le milieu 1 est

    plus rfringent que le milieu 2).

    sinic =

    (II.4)

    On verra apparaitre le phnomne de rflexion totale, dans lequel lintensit

    rflchie est gale lintensit incidente (Figure II.3.).

  • 17

    Figure II.3. La rflexion totale

    Si lon effectue un raisonnement similaire bas sur loptique ondulatoire,

    on peut montrer que cette rflexion saccompagne dun dphasage de londe, et

    que ce dphasage dpend la fois de langle dincidence et de la polarisation de

    londe. Plus prcisment, le dphasage est donn par :

    [(

    ) ]

    (Polarisation s) (II.5)

    [(

    ) ]

    (Polarisation p) (II.6)

    (Pour rappel, la polarisation s correspond une onde dont le champ lectrique

    est perpendiculaire au plan dincidence, et la polarisation p, dans le plan

    dincidence)[7].

  • 18

    II.3.2. Guidage et propagation de la lumire dans la fibre

    I.3.2.1. Principe du guidage de la lumire dans une fibre optique.

    Considrons le guide donde dilectrique de la figure II.4.

    Figure II.4. Guidage de la lumire dans une fibre saut dindice

    Lindice de rfraction n1 de la rgion centrale appele cur , est

    suprieur lindice n2 de la rgion avoisinante appele gaine . Lindice de

    rfraction du cur est uniforme ; on parle alors de fibre saut dindice. A cause

    de la rfraction du rayon (1) linterface air-cur, langle du rayon rfracte avec

    laxe se change en et on tire lquation

    (Puisque n0 = 1 : milieu air) (I.6)

    Si langle 1 lintrieur du cur est infrieur langle complmentaire de

    rflexion totale

    c=90-c = (II.7)

    O c est langle critique, il se produit dans la fibre une rflexion totale et le

    rayon continu se propager le long du cur, puisque toutes les rflexions

    suivantes ont lieu avec le mme angle et par consquent sans perte dnergie. En

    revanche, si un rayon (2) pntre dans le cur avec un angle suprieur c, une

    rflexion seulement partielle se produira alors et une partie de lnergie sera

    perdue par rfraction dans la gaine. Aprs plusieurs rflexions successives, il

    resta trs peu dnergie dans le cur et il ny a plus guidage. Seuls les rayons

    qui forment un angle infrieur ou gal 0max dans lair sont reus et guids par

    le Cur de la fibre. Sur le plan frontal, lensemble de ces rayons qui forment

    le cne dacceptance ou angle dacceptance. Cest langle limite permettant

    daccepter la lumire dans la rgion du cur de la fibre.

    a = 0max

  • 19

    II.3.2.2. Propagation de la lumire-Modes de propagation

    Ltude de la propagation de la lumire dans une fibre optique ncessite

    la rsolution des quations de Maxwell, opration complexe qui ne prsente pas

    lintrt pour nous dans notre travail, nous nous en tiendrons une explication

    simplifie du phnomne. Ltude rigoureuse des conditions de propagation

    dans une fibre optique par les quations de maxwell montre que seul un nombre

    limit de types dondes est susceptible de sy propager : ils correspondent aux

    modes de propagation.

    II.3.2.3. Nombre de modes

    On montre que le nombre de modes maximum qui peut exister dans une

    fibre optique est donn par la relation :

    nmax =

    (II.15)

    Ou 2a est la largeur du cur de la fibre optique

    Ce nombre est directement proportionnel louverture numrique et la

    largeur du cur.

    II.3.2.4. Vitesse de groupe

    On appelle vitesse de groupe la vitesse laquelle lnergie lumineuse se

    propage le long du guide donde (le cur de la fibre optique).

    Elle est donne par la relation suivante :

    Vg = Vcos = c/n1 (cos) (II.16)

    Pour un mode n donn, on a :

    Vgn = c/n1 cosn (II.17)

    Avec N : la vitesse de groupe du mode.

    Vg : vitesse de limpulsion : vitesse de groupe.

    C : vitesse de la lumire dans le vide

  • 20

    II.4. Types de fibres optiques

    On distingue deux sortes de fibres optiques :

    - fibre multimode - fibre monomode

    II.4.1. Fibres Multimodes

    Ce genre de fibres optiques a t fabriqu avant les fibres monomodes. Le

    cur a une taille importante par rapport au reste de la fibre. Ce type de fibre prsente certains inconvnient tels que lattnuation des

    signaux plus marque ou encore une vitesse de propagation des signaux plus

    faible. Elles sont aujourdhui utilises sur de courtes distances ou dans les dcorations.

    Il existe deux types de fibres multimodes:

    - la fibre saut dindice ; - la fibre gradient dindice.

    II.4.1.1. Fibre multimode saut dindice

    La fibre saut dindice est la premire fibre avoir t invente. Le diamtre de son Cur est responsable dune grande attnuation des donnes. Ce type de fibre est plus simple fabriquer car elle est directement issue des

    applications optiques traditionnelles.

    Le rayon laser est dans ce cas guide par rflexion totale au niveau de

    linterface gaine, sinon il est rfract dans la gaine. Ceci reste vrai si la fibre cesse dtre rectiligne, condition que le rayon de courbure.

    Figure II.5. : Fibre saut dindice

    n1 si r < a (coeur)

    n2 si r a (gaine)

    La fibre multimode saut dindice prsente les caractristiques suivantes :

    Le cur un relativement gros diamtre, par rapport la longueur d'onde de la lumire (de l'ordre du m dans l'infrarouge).

    - Taille du cur : 1 m. - Indice da la gaine optique : 2,2 m. - Bande passante : 20 MHz

  • 21

    - Cout rduit. Angle limite : n1cos0 = n2

    ON = sin 0= n1sin 0=

    II.4.1.2. Fibre multimode gradient dindice

    Ici, deux amliorations sont apportes :

    - le diamtre du cur est de deux quatre fois plus petit. - le cur est constitu de couches successives, indice de rfraction de plus

    en plus grand.

    Le profil dindice parabolique trajectoires courbes parcourues par la lumire dans le mme temps que la trajectoire rectiligne centrale (plus on sloigne du centre, plus lindice diminue, donc plus la clrit augmente).

    - Taille du cur : 50 ou 62,5m - Taille de la gaine optique : 125m - Bande passante : 500 MHz - Affaiblissement 850 nm : 5 dB/km - Utilisation : liaison longue ou grand dbit.

    - Indice du cur = n(r) = n1

    - Diffrence relative dindice =

    La fibre la plus utilise est gradiant dindice est celle qui a le paramtre du profil dindice est gal = 2 ou le profil dindice est parabolique.

    Paramtre Profil dindice

    = 1 Triangulaire

    = 2 Parabolique

    = Rectangulaire

    Figure. II.6. Fibre gradient dindice

  • 22

    Tableau de comparaison de ces deux types de fibres multimodes

    A saut dindice A gradient dindice

    Dispersion intermodale Elve

    100 ns/km

    Faible

    im 1 ns/km

    Ouverture numrique

    (ON)

    Eleve

    ON = 0,4 0,5

    Plus faible

    ON = 0,2 0,3

    Application Optique (clairage, )

    Transmission des

    donnes de trs courtes

    distances

    Rseaux locaux

    Distribution

    Tableau II.1. Comparaison entre la fibre multimode saut dindice et a gradient

    dindice

    II.4.2. Fibre monomode

    C'est la meilleure de nos jours, car son diamtre du cur est trs petit et leurs angles d'incidence le sont donc aussi. Les rsultats sont excellents, mais,

    compte tenu de la faible section de cette fibre, seule la lumire laser est ici

    exploitable. Il n'y a pas de miracle, c'est la solution la meilleure solution, mais

    aussi la plus onreuse. La figure II.7 prsente un seul mode est transmis.

    Figure. II.7. Fibre monomode

  • 23

    II.4.3. Caractristiques des diffrents types de fibre

    Les principales caractristiques qui dterminent le choix dun type de fibre sont les suivantes :

    - Lattnuation de la fibre optique dont les valeurs typiques vont de 10 dB/km pour une fibre multimode saut dindice 850 nm, jusqu 0,2 dB/km pour une fibre monomode 1550 nm (Tableau II.2). Les

    principales sources dattnuations sont caractrises par le phnomne de diffusion qui provoque un changement dans la direction de londe qui se propage et par le phnomne dabsorption qui conduit une disparition progressive de londe.

    - La dispersion qui provoque llargissement des impulsions lumineuses le long du trajet dans la fibre do un risque de chevauchement des impulsions et donc une perte dinformation. Cela dtermine, en gnral, la capacit de transmission dune fibre et donc sa bande passante (Tableau II.2). En ce qui concerne la fibre monomode, elle est limite par la

    dispersion chromatique (variation de lindice de rfraction en fonction de la longueur donde, ce qui affecte la vitesse de londe) et la dispersion propre au mode qui se propage

    [8].

    Type de

    fibre

    Diamtre

    Cur/Gaine

    Attnuation (dB/km) Bande passante

    =

    850nm

    =

    1300nm

    =

    1550nm

    Monomode 9/125 m 2 0.4 0.2 >100GHz.km

    1300 et 1550 m

    Multimode

    a gradient

    dindice

    50 / 125

    85 / 125

    100 / 140

    2,5

    3,5

    5

    0,72

    2

    200 400 MHz.km

    100 500 MHz.km

    100 400 MHz.km

    Multimode

    a saut

    dindice

    Diamtre du

    Cur : 200

    600 m

    5 20

    = 850 nm

    10 20 MHz.km

    Tableau II.2. Comparaison des diffrents paramtres qui caractrisent les

    diffrents types de fibre

    En effet, la fibre optique monomode classique 9/125 m prsente des pertes en fonction de la longueur donde des photons qui se propagent

  • 24

    lintrieure de sa structure. Comme il a t mentionn antrieurement, le minimum de pertes dans la fibre se situe aux environs de 1,55 m (0,2 dB/km), qui est la longueur donde la plus utilise dans le domaine des tlcommunications moyennes et longues distances.

    Dans le tableau II.3, nous prsenterons les principaux types de fibres et les

    leurs constituants.

    Matriau Plastique Toute silice (cur dope au Ge02)

    Type Multimode Multimode a gradient

    dindice

    Monomode

    standard

    Monomode

    dispersion

    dcale

    Diamtres

    (cur/gaine,

    (m))

    980/1000 50/125 62,5/125 9/125 7/125

    Longueurs

    donde et

    attnuation

    Visible

    200dB/km

    0,85m 1,3 m

    3 dB/km 0,9 dB/km

    1,3 1,55m

    0,5-0,2dB/km

    1,5 1,6

    m 0,22

    dB/km

    Dbit

    typique

    10 100

    Mb/s100 m

    100Mb/s/5

    km

    1Gb/s/400

    m

    100

    Mb/s

    2km

    1 a 10 Gbit/s

    20 a 50 km

    N*10

    Gbit/s

    Milliers de

    km

    Mise en

    uvre

    Facile Assez facile Plus dlicate raccordements

    Application

    s principales

    Eclairage,

    visualisatio

    n, donnes

    trs courte

    distance

    Distributio

    n, LAN

    hauts

    dbits (GE

    courte

    distance)

    LAN

    tous

    dbits

    LAN trs

    hauts dbits,

    rseau

    mtropolitain,

    longue

    distance

    Liaisons

    trs

    longues

    (avec

    amplificate

    urs et

    WDM)

    Tableau II.3. Comparaison de principaux types de fibres optiques

  • 25

    II.5. Applications de la fibre optique

    Dans le domaine de la tlcommunication, la fibre optique est utilise

    pour la transmission dinformations, que ce soit des conversations tlphoniques, des images ou des donnes.

    De nos jours, les stations de travail (dans les pays dvelopps) sont

    connectes entre elles laide de rseaux utilisant la fibre optique car son utilisation permet davoir des dbits dinformations plus rapides, la bande passante leve et une plus grande suret lors des transmissions

    [9]. La fibre

    optique est utilise dans plusieurs domaines, entre autres :

    liaisons terrestres

    Le rseau est segment en fonction des diffrents besoins en dbit, en

    bande passante, en distance de transmission, On distingue trois grandes catgories :

    - Les rseaux longue distance (WAN, Wide Area Network). Ce sont les rseaux dploys lchelle dun pays ou dun continent et dont les nuds sont de trs grands centres urbains.

    - Les rseaux mtropolitains (MAN, Mtropolitain Area Network) qui correspondent aux rseaux mis en uvre dans une grande ville ou une agglomration et ils permettent de relier entre eux diffrents

    arrondissements par exemple.

    - Les rseaux locaux (LAN, Local Area Network), encore appels rseaux de distribution ou rseaux daccs. Ils reprsentent le dernier maillon et finissent dacheminer les informations labonn. Ils sont donc plus courts et moins gourmands en capacit.

    rseaux sous-marins.

    Pour rpondre l'explosion de la demande de rseaux de

    tlcommunication forte capacit, des milliers de kilomtres de cbles sous-

    marins fibres optiques sont poss au fond des mers partout dans le monde.

    Proprit de multiples consortiums et d'entreprises prives, ces cbles relieront,

    terme, le moindre recoin de la plante la socit de l'information. La demande de

    rseaux large bande (transmission de donnes grande vitesse) atteint

    aujourd'hui, l'chelle mondiale, une ampleur sans prcdent sous l'effet de

    deux facteurs d'une part, la croissance inexorable de l'Internet et, d'autre part, la

    poursuite de la drglementation des marchs des tlcoms. La drglementation

    des marchs des tlcoms a galement un impact particulirement important sur

    le march des cbles sous-marins. Les rseaux sous-marins offrent les capacits

    et les dbits requis pour transporter le volume de donnes gnres par l'Internet.

  • 26

    Certain groupe sont capable d'offrir des solutions intgres qui associent les

    rseaux sous-marins aux systmes terrestres, radio et satellitaires

    Diverses applications.

    La fibre optique est utilise dans le domaine de la mdecine pour filmer

    des endroits sensibles ou inaccessibles du corps humain, du fait de la ralisation

    de camras et de cbles de trs petite taille. Avec la fibre optique, on peut calculer

    la distance dun objet par rapport un autre, des vitesses de rotation, des vibrations. Mais tous ces petits systmes sont plus prcis que les autres systmes

    de mme utilit mais utilisant dautre technologie de dtection. Pour finir, on peut citer une utilisation qui noffre aucune utilit part celle de lesthtique et de la dcoration, ce sont les fleurs en fibres optiques dont leurs extrmits brillent

    de toutes les couleurs.

    II.7. Avantages et inconvnients de la fibre optique

    En tant que supports de transmission de la communication, les fibres

    optiques prsentent de nombreux avantages et inconvnients. Cependant il

    convient de signaler quil y a beaucoup des avantages que dinconvnients.

    II.7.1. Avantages

    La fibre optique en gnral, reprsente un support de transmission dont les

    nombreux avantages justifiant son introduction dans les systmes de

    transmission sont donns ci-aprs :

    - Bande passante : la capacit de transmission dinformation dpend de la

    frquence porteuse des signaux transmis ;

    - Perte de transmissions minimales : les fibres optiques sont des milieux de

    transport de la puissance avec de faibles pertes de 0,2 dB/km ;

    - Guidage dilectrique : Les fibres sont formes de silice. Par consquent

    elles prsentent une immunit aux ondes lectromagntiques

    indiscernables, et les signaux dans les fibres ne sont affects par aucune

    interfrence originaire des cbles ;

    - Scurit : Le signal transmis nest pas radiatif, le signal ne peut pas

    schapper de la fibre ;

    - Petite taille et poids lger : Les fibres optiques ont un diamtre trs petit

    de lordre de 125 microns pour les fibres monomodes. Leur rayon de

    courbure est trs infrieur celui aux cbles torsads.

  • 27

    II.7.2. Inconvnients

    La difficult de raccordement. La fibre optique est une alternative de plus

    en plus rpandue aux cbles mtalliques, qui utilise la lumire comme support

    des informations plutt que llectricit. Il faut donc ajouter deux tages transducteurs (les quipements destins convertir les signaux), lun au dpart, pour assurer la conversion lectrique/lumire ; lautre, larrive, pour la conversion inverse.

    II.8. Conclusion

    En guise de conclusion, il convient de signaler que les diffrents domaines

    dapplications et la composition de la fibre optique ont t pingls au cours de

    notre deuxime chapitre.

    Dans ce chapitre, nous avons prsent dabord lhistorique de la fibre

    optique, leurs structures, leurs principes de fonctionnements, leurs

    caractristiques, leurs applications ainsi que les avantages et inconvnients

    apports par ces dernires.

    Aprs avoir tudi le support de transmission de notre systme cest--

    dire la fibre optique, nous dtaillerons dans le chapitre suivant les

    caractristiques fondamentaux de la liaison optique.

  • 28

    CHAPITRE III. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DUNE

    LIAISON A FIBRES OPTIQUES

    III.1. Introduction

    Comme tous les systmes de communications, les liaisons optiques se

    basent sur trois diffrents blocs fondamentaux pour effectuer le transfert de

    linformation : llment dmission, le canal de communication et le rcepteur

    de linformation transporte. La particularit de ce systme provient des

    lments utiliss pour effectuer le transport de linformation. Llment de

    transmission est constitu dun dispositif (la diode laser) qui permet de convertir

    un signal sinusodal lectrique en un signal optique. Le canal de transmission (la

    fibre optique) permet de transporter une porteuse optique module qui contient

    linformation transmettre. Enfin, le rcepteur (le photodtecteur) rcupre le

    signal lumineux vhicule en oprant une conversion optique/lectrique[10]

    .

    Dans les paragraphes suivants, nous prsenterons les lments

    fondamentaux qui constituent une liaison optique, en faisant une tude gnrale

    de sources optiques, de la fibre et du photodtecteur.

    III.2. Elments dune liaison optique.

    Dans les liaisons optiques, il existe trois composants basiques dun

    systme de communication optique : lmetteur, le canal de communication et le

    rcepteur. Dans ce cas lmetteur qui est la diode laser, joue le rle de la

    porteuse et le modulateur celui de convertisseur lectrique/optique du signal. Le

    canal de communication est une fibre optique. Cette dernire permet de

    transporter la porteuse optique module. Enfin, le rcepteur qui est le

    photodtecteur, assume la dtection du signal lectrique vhicul en effectuant

    une conversion.

    III.2.1. Emetteur

    La source optique la plus utilise dans les systmes de communications

    optiques est la diode laser. Elle est compose dune cavit comprise entre deux couches de semi-conducteurs.

    Pour favoriser lmission stimule, le matriau constituant la cavit doit possder assez de porteurs de charges excits dans la bande de conduction : cest le courant inject dans le semi-conducteur qui provoque le pompage lectrique

    du matriau et linversion de population. Les photons sont partiellement

  • 29

    confins dans la cavit rsonante, et quand ils sont suffisamment nombreux, il y

    a mission laser[11]

    .

    III.2.1.1. LED (Light Emitting Diodes)

    Pour la plupart des applications de communications en espace libre, les

    diodes mission de lumire infrarouge sont utilises cause de leur grande

    efficacit et de leur longueur donde en infrarouge proche, surtout si elles sont

    utilises avec des photodtecteurs en silicium. La diode lectroluminescence est

    utilise surtout dans les systmes de communications fibres optiques

    multimodes du fait de leurs faisceaux de sortie large angle de divergence. Il y a

    deux configurations de LED : les diodes mission de surface et les diodes

    mission latrale. La combinaison des diffrentes couches dans la LED constitue

    un guide donde optique o un confinement optique est ralis. Avec le

    confinement optique et lectrique, lefficacit du dispositif augmente.

    La LED est utilise dans les communications optiques et dlivre une puissance

    optique de plusieurs centaines de microwatts et offre des dbits infrieurs 5

    Mbits/s sur fibre multimode. Elles sont relativement bon march et ne

    demandent pas de circuit distinct pour la polarisation et la modulation.

    III.2.1.2. Diodes Laser

    Les diodes laser produisent une puissance optique beaucoup plus

    importante que les LED avec un spectre plus fin, et peuvent donc coupler plus

    de puissance avec la fibre. La diffrence avec les LED est que les lasers

    disposent sur les deux miroirs pour obtenir plusieurs allers retours dans le milieu

    et constituer ainsi une cavit optique. Par ailleurs, dans un laser, il est fait appel

    lmission stimule qui donne une lumire cohrente, ce qui nest pas le cas

    pour une LED. Les structures DH (double htrojonctions) sont utilises pour

    raliser les confinements lectriques et optiques, les dimensions de la zone

    active sont choisies pour optimiser le faisceau optique. Le faisceau lumineux

    dans le cas du laser est plus directionnel que dans le cas de la LED.

  • 30

    III.2.1.2.2. Diffrents types de diodes lasers

    Il existe trois principaux types de diodes lasers, ou lasers semi-

    conducteurs :

    les lasers Fabry-Prot (FP) sont peu performants en bruit mais sont peu coteux ; on les utilise par exemple comme source de puissance

    optique continue ou dans les liaisons numriques.

    les lasers Distributed Feedback (DFB) ont de trs bonnes performances en bruit et sont largement utiliss pour les tlcommunications ; ils

    sont monomodes et leur longueur donde atteint les 1550nm;

    les lasers Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) ; leur longueur donde atteint pour linstant les 1310 nm et leur intrt principal est dtre plus adapt la fabrication en grand nombre.

    Une diode laser Fabry-Prot est constitue dune simple cavit laser encadre par deux miroirs plans. Cette cavit est comprise entre deux

    couches de semi-conducteurs.

    Certains modes dmission sont favoriss ; si k est un nombre entier naturel, alors les longueurs dondes dont telles que :

    k = 2nL

    O n est lindice de la cavit et L sa longueur, pourront tre mises. Un laser Fabry-Prot est donc multimode.

    III.2.1.2. Caractristiques du laser

    Le laser est polaris directement par un courant de pompe. Lorsque ce

    courant est faible le laser se comporte comme une LED et il met de la lumires

    non cohrente. Lorsque ce courant appliqu dpasse une limite appele courant

    de seuil, on commence avoir lmission stimule, et le laser met une lumire

    cohrente avec un spectre trs fin.

    Le courant de seuil (Figure II.1.) est un paramtre trs important, que les

    concepteurs des diodes lasers cherchent minimiser.

  • 31

    Figure III.1. Rponse statique du laser et courant de seuil Is

    Les diffrentes structures sont configures de faon confiner les porteurs

    lectriques et le faisceau optique dans la zone trs troite.

    La premire tape tait dutiliser un ruban mtallique pour le confinement des

    porteurs. Cette technologie est appele gomtrie des diodes laser ruban.

    Deux techniques de guidage par gain qui est le guidage dans lequel les porteurs

    sont injects dans une zone restreinte, ce qui donne lieu au fort gain optique trs

    localis.

    Dans un autre type de laser, les modes latraux sont contrls par le

    changement des indices de rfraction, et ces lasers sont appels des lasers

    guidage dindice.

    Dans les lasers a semi-conducteurs, des vitesses de modulation leves jusqu

    10GHz peuvent tre obtenues grce aux temps de recombinaison faibles des

    charges lectriques associs lmission stimule. Cest pour cela que les lasers

    sont utiliss comme transmetteurs dans les tlcommunications optiques

    modulation directe [12]

    .

    III.2.1.3. Effet laser

    Trois effets sont ncessaires pour effectuer leffet laser : lexcitation

    externe, le gain, la rtroaction. La rgion provoquant un gain optique est appele

    la rgion active qui est insre entre deux couches dopes p et n. Elle est situe

    entre deux miroirs disposs longitudinalement, ce qui correspond une cavit

    Fabri-Prot rsonante, et la lumire amplifie sort dun des miroirs qui est semi-

    rflchissant comme cela est montr dans la figure III.2.

  • 32

    Figure III.2. Schma gnral du laser

    Lexcitation externe est faite par un courant lectrique inject dans le sens

    transverse. Cette injection est faite pour accomplir linversion de population.

    III.2.1.4. Laser semi-conducteurs

    Les lasers utiliss dans les liaisons optiques actuelles sont des lasers

    semi-conducteurs. Les semi-conducteurs les plus utiliss. Le principal matriau

    utilis pour les lasers de tlcommunications est lalliage quaternaire In1-

    xGaxAsyP1-y sur substrat InP. Lalliage InGaAsP est utilis dans les applications

    de tlcommunications cause de sa bande interdite (gap) rglable en fonction

    des valeurs de x et y, qui lui permet dmettre entre 1 et 1,65m.

    Lorsque deux semi-conducteurs type p et type n sont mis en contact, ils

    forment une jonction PN. Les porteurs libres de chaque rgion vont tre diffuss

    dans la rgion de signe oppose, en se recombinant ventuellement dans la zone

    dplte. Et donc une rgion dplte de porteurs libres est forme de deux ctes

    de la jonction, ainsi le courant de diffusion dure jusqu lquilibre.

    Figure III.3. Schma de la jonction PN dans un laser

    Dans le cas idal, chaque porteur minoritaire doit gnrer un photon. Mais

    ce qui se passe dans le cas rel est que seule une fraction de ces porteurs se

    recombine dune manire radiative et mettent un photon. Lefficacit associe

  • 33

    sappelle efficacit quantique et elle reprsente le nombre de photons gnrs

    par chaque porteur minoritaire.

    III.2.1.5. Fonctionnement du laser

    Une diode se base sur trois processus fondamentaux pour effectuer la

    gnration de la lumire. Ces processus sont labsorption, lmission spontane

    et lmission stimule.

    Figure III.4. Absorption et mission stimule.

    Labsorption

    Le matriau reoit un champ lectromagntique la frquence (nu).

    Chaque photon du flux lumineux a donc une nergie h.v. Si cette nergie est

    suprieure ou gale lnergie de la bande interdite, le photon peut tre

    galement absorb. Lnergie est transmise un lectron qui passe aprs

    excitation du niveau dnergie Ev au niveau dnergie Ec. Cest ce processus

    dabsorption qui permet aux photodtecteurs de convertir lnergie lumineuse en

    courant.

    Emission spontane

    Llectron peut alatoirement tomber dans un tat moins nergtique en

    mettant spontanment un photon dnergie gale lnergie de la bande

    interdite.

    Emission stimule

    Lorsquun lectron est un niveau dnergie Ec, et quil est frapp par un

    photon, il revient au niveau dnergie Ev en mettant un photon dit stimul dont

  • 34

    le rayonnement correspond la mme longueur donde, la mme phase, le

    mme tat de polarisation et la mme directivit spatiale que le photon incident.

    Pour que lmission stimule soit ralise, il faut mettre un nombre important

    dlectrons dans la bande de conduction du semi-conducteur, ce qui est appel

    inversion de population. Cette inversion de population est ralise par le courant

    de pompe externe. Dans les semi-conducteurs, absorption et lmission doivent

    prendre en compte les bandes dnergie associes avec le semi-conducteur. Les

    semi-conducteurs comme le Silicium ou le Germanium ont une bande interdite

    indirecte, ce qui signifie que les extrema des bandes dnergie en fonction du

    vecteur donde de propagation associs un lectron ne sont pas aligns, le

    maximum de la bande de valence avec le minimum de la bande de conduction.

    Une mission de photons nest pas possible dans un matriau bande indirecte

    car cela ncessite de respecter la conservation du moment.

    Diffrents types de sources optiques et leurs caractristiques

    Nous prsenterons dans le tableau III.1, une comparaison des diffrents

    types de sources optiques (metteur optique)

  • 35

    Type DEL Laser VCSEL Laser Fabry-

    Prot

    Laser DFB

    Emission Par la surface,

    divergente

    Par la surface,

    peu divergente

    Par la tranche,

    assez

    divergente

    Par la tranche,

    assez

    divergente

    Spectre Large Trs troite

    (une raie)

    Assez large

    (plusieurs

    raies)

    Trs troit

    (une raie)

    P(i) Linaire Seuil, 5

    10mA

    Seuil, 10

    30mA

    Seuil, 10

    30mA

    Frquence

    maximale de

    modulation

    100 200

    MHz

    Plusieurs GHz

    Utilisation Transmission

    courte

    distance sur

    fibres

    multimodes (

    0,8 et 1,3m)

    Haut dbit

    courte

    distance,

    fibres multi. (

    0,8m) +

    lecture

    optique,

    imprimantes

    Haut dbit sur

    fibres

    monomodes a

    1,3m

    Trs haut

    dbit sur

    fibres

    monomodes

    surtout

    1,55m,

    systmes

    WDM

    Tableau III.1. Diffrents types de sources optiques et leurs caractristiques

    III.2.2. Canal de transmission

    Le signal optique modul est achemin par une fibre optique (le canal de

    transmission) jusquau photodtecteur. Dans sa forme la plus simple, la fibre est

    constitue dun cur cylindrique de silice entour par une gaine de protection.

    Une fibre est donc un guide donde cylindrique de silice entour par une gaine

    dont lindice de rfraction est plus faible que celui du cur, tous les deux

    entours dune gaine de protection. Une fibre optique est donc un guide donde

    cylindrique dilectrique constitue de deux dilectriques de mme axe, le cur

    et la gaine.

  • 36

    III.2.2.1. Caractristiques des Fibres Optiques

    Puisque les fibres optiques sont des guides donde, nous pouvons les

    caractriser par des grandeurs usuelles de la transmission : La longueur donde,

    Bande passante, Attnuation.

    III.2.2.1.1. Longueurs dondes

    Si lon considre un signal sinusodal damplitude A et de priode T se

    propageant dans le vide la vitesse de propagation C, on dfinit la longueur

    donde O de ce signal comme tant la distance parcourue durant la priode T et

    a pour expression :

    Ainsi, la lumire quest un phnomne lectromagntique peut tre

    considre comme une onde . Si la propagation de la lumire seffectue dans un

    milieu quelconque, on lui fait correspondre la longueur note . En ralit la

    lumire comprend gnralement un ensemble de signaux de diffrentes

    longueurs dondes dexpression :

    III.2.2.1.2. Bande passante des fibres optiques

    La bande passante dune fibre optique, appele par ailleurs rponse en

    bande de base, mesure la capacit de cette fibre transmettre des informations.

    Sa limitation couramment admise est lie la coupure 6dB lectrique (soit -

    3dB optique) du signal transmis.

    En effet, la variation est de la forme :

    B.L

    Ou B est la bande passante et L la longueur de la fibre ; a=1 dans le cas de fibres

    sans mlange de modes et sans attnuation diffrentielle de mode ; a=0,5 pour

    mlange rapide de modes. En ralit, a est dterminer dune manire

  • 37

    empirique et se situe entre 0,5 et 1. Bien que sa connaissance soit importante,

    elle est rarement mesure sur le site.

    Le plus souvent, la bande passante est exprime en Mgahertz.Kilomtre,

    tant implicitement entendu que a=1, ce qui nest gnralement pas le cas.

    Par ailleurs, la mesure sur une certaine longueur de fibre ne permet pas

    dobtenir la valeur de la bande passante de nimporte quelle longueur de la

    mme fibre. Plus louverture numrique est faible, et plus la largeur de la bande

    passante est importante.

    Trois facteurs principaux influent sur cette bande passante :

    Dispersion modale

    Comme nous lavons vu prcdemment, il existe entre les diffrents

    modes des diffrences de temps de propagation de sorte quils se chevauchent

    partiellement lintrieur de la fibre optique. En optimisant la valeur de

    lexposant paramtrique du gradient dindice, on galise presque parfaitement

    les vitesses de propagation des modes.

    Dispersion due au matriau (ou dispersion chromatique)

    Les sources optiques utilises ont un spectre dmission plus ou moins

    large et du fait que lindice de rfraction du verre varie en fonction de la

    longueur donde, il y a une dispersion incohrente dans la lumire. Elle est due

    la vitesse de propagation de londe qui dpend de la longueur donde. Par

    consquent, les longueurs dondes leves se propagent plus vite que les

    longueurs donde inferieures, ce qui provoque une dformation dans le signal

    dans le cas des impulsions, et des vanouissements dans le cadre du porteuse

    microonde sur voie optique.

    Dispersion de guidage

    Cette dispersion est prendre en compte dans le cas de fibres

    monomodes.

    Elle a comme origine la dpendance de la vitesse de propagation du mode ou

    des modes particuliers utiliss pour la propagation. La dispersion dpend du

    rapport entre le diamtre et cur de la fibre.

  • 38

    III.2.2.1.3. Attnuation dune fibre optique

    Lattnuation A() pour une longueur donde entre deux plans de

    section droite dune fibre optique spares dune distance L est par dfinition le

    rendement P1/P0 des puissances optiques P0 traversant la section 1, ce rendement

    est exprim en dB sous forme :

    A()dB = 10log10(P1/P0) (III.12)

    Pour tre dtectable, lintensit de la lumire qui arrive sur le dtecteur doit toujours dpasser un certain seuil. Or, entre lmetteur et le rcepteur, lintensit diminue. Dans une transmission par fibre optique, la perte dintensit intervient au niveau des connecteurs aux extrmits de la fibre, ainsi que dans la

    fibre elle-mme. Lattnuation dans la fibre, que nous tudierons dans ce chapitre, limite ainsi la distance maximale entre lmetteur et le rcepteur.

    III.2.2.1.3.1. Mcanisme de lattnuation

    Lattnuation de la puissance optique dans une fibre est due

    principalement deux phnomnes dont les effets se cumulent. Il sagit de :

    - Pertes provoques par labsorption du matriau constituant la fibre.

    - Pertes provoques par la diffusion de ce matriau.

    = a + d (III.13)

    O est le coefficient dattnuation linique exprim en dB/km, a le

    coefficient dabsorption et d le coefficient de diffusion.

    III.2.2.1.3.1.1. Pertes par absorption

    Les phnomnes mis en jeu ici sont rgis par les lois des changes

    dnergie au niveau des atomes constituant le matriau de la fibre (absorption

    intrinsque) ou ceux constituant les impurets de ce matriau, comme les ions

    hydroxydes 0H (absorption extrinsque). Le rsultat de ces deux types

    dabsorption se traduit par une courbe du type reprsent ci-dessous:

  • 39

    Figure III.5. Attnuation par absorption

    III.2.2.1.3.1.2. Pertes par diffusion

    Les pertes dnergie optique par diffusion sont dues essentiellement la

    diffusion de Rayleigh et aux imperfections des fibres et leur support :

    a) Diffusion de Rayleigh est produite par des inhomognits du matriau sur

    des distances inferieures la longueur donde de la lumire, telles