Soutenance mémoire
Fibre multimode
Les fibres multimodes sont les premiers types de fibres optiques qui ont été fabriquées. Le cœur a une taille importante par rapport au reste de la fibre. Ce type de fibre présente certains inconvénients tels que l’atténuation des signaux plus marquée ou encore une vitesse de propagation des signaux plus faible. Elles sont aujourd’hui utilisées sur de courtes distances ou dans les décorations. Il existe deux types de fibres multimodes :
La fibre à gradients d’indice Dans ce type de fibre l’indice du cœur diminue progressivement du centre vers sa périphérie, ce qui compense les différences de trajet. L’étalement des impulsions est nettement plus faible. Ce type de fibre a un débit plus important et donc une largeur de bande plus importante. C’est la plus utilisée pour les liaisons informatiques (réseaux LAN). L’indice du cœur diminue suivant une loi parabolique depuis l’axe jusqu’à l’interface cœur-gaine. La diminution de l’indice fait que la lumière se propage plus vite, ce qui réduit la dispersion intermodale [10] Leur différence réside principalement dans la différence du diamètre du cœur. La fibre à saut d’indice présente un diamètre de cœur deux à quatre fois plus grand que celui des fibres à gradient d’indice.
Les fibres à saut d’indice La fibre à saut d’indice est la première fibre à avoir été inventée. Le diamètre de son cœur est responsable d’une très grande atténuation des données La propagation se fait par réflexions successives. Dans ce cas de figure, les rayons ne se propagent pas tous selon le même chemin, ce qui entraine un étalement des impulsions. Celles-ci risquent de se chevaucher en sortie de liaison. C’est la fibre la plus ordinaire on la retrouve dans les réseaux locaux.
Fibre monomode Fibre de faible diamètre de cœur, évitant la dispersion des rayons, ceux-ci se propagent donc dans l’axe de la fibre. Elle est généralement utilisée dans des connexions réseau longue distance (Liaison inter-continent). La fibre est dite « monomode » car, en raison de la très petite taille du cœur (9 μm), il n’y a qu’un seul mode de propagation de la lumière
La fibre optique : milieu de propagation
Une fibre optique est généralement composée de deux cylindres concentriques, le cœur et la gaine, d’indices de réfraction légèrement différents. Celui de la gaine étant plus faible, la lumière est guidée dans le cœur par réflexion totale. A partir des caractéristiques opto géométriques de ce guide, on montre qu’une onde lumineuse peut se propager le long de la fibre avec différentes répartitions transverses de son énergie. Ces différentes formes d’onde dans la section transverse du cœur sont appelées modes. En choisissant convenablement les paramètres de la fibre (rayon de cœur, indices du cœur et de la gaine), il est possible de rendre la fibre monomode sur une certaine plage de longueur d’onde. Ceci signifie que les ondes se propagent uniquement dans le mode fondamental lorsque leur longueur d’onde est supérieure à une longueur d’onde donnée, appelée longueur d’onde de coupure. Par la suite, nous ne considérerons que des fibres monomodes. Les fibres optiques sont réalisées à base de silice (SiO2), d’autres éléments peuvent y être ajoutés afin de modifier leurs propriétés optiques. Ce milieu matériel présente une réponse lorsqu’il est traversé par une onde lumineuse. Sa polarisation est modifiée par l’excitation d’une onde électromagnétique. On peut décomposer cette polarisation en deux composantes principales. La première dépend linéairement du champ électrique de l’onde, on parle alors d’effets linéaires. La seconde dépend du champ électrique au cube et décrit les effets non linéaires. L’amplification paramétrique exploite la réponse non linéaire d’une fibre optique soumise à une onde de forte intensité.
La dispersion modale de polarisation
Les fibres optiques sont conçues de façon à ce que les ondes ne se propagent que dans un seul mode. Leur énergie est équi-répartie sur les deux directions transverses par rapport au sens de propagation. En pratique, du fait des défauts de fabrication et de contraintes mécaniques ou thermiques, la fibre perd sa symétrie de révolution et les directions transverses ne sont plus équivalentes. On peut considérer qu’elles acquièrent des indices de réfraction différents auxquels sont associées des vitesses de propagation différentes. Ce phénomène peut être décrit comme une biréfringence. Deux modes distincts peuvent donc se propager avec des états de polarisation respectivement parallèles à chacun des axes propres. On parle de dispersion de modes de polarisation
Quelques applications de la fibre optique
En télécommunications, la fibre optique est utilisée pour la transmission d’information, que ce soit des conversations téléphoniques, des images ou des données. Avant l’apparition de la fibre optique, tous les réseaux de communication étaient câblés avec des liaisons cuivre ou des câbles coaxiaux. Aujourd’hui, de plus en plus d’entreprises se tournent vers la fibre optique, qui présente de nombreux avantages par rapport au cuivre. Aujourd’hui, elle le remplace dans des milliers de réseaux à travers le monde. De nos jours, les stations de travail sont connectées entre elles à l’aide de réseaux utilisant la fibre optique car son utilisation permet d’avoir des débits d’information plus rapides et une plus grande sûreté lors des transmissions. En téléphonie, les câbles coaxiaux sont remplacés peu à peu par des fibres optiques. En effet, elle est plus économique sur longues et courtes distances et le nombre de composants nécessaires est moins important. Son utilisation est particulièrement intéressante pour les applications militaires car elle leur apporte certains avantages : faible poids, taille de la fibre et insensibilité au brouillage et à la détection. La fibre optique sert également pour examiner des petits objets d’habitude inaccessibles. Au niveau médical pour les endoscopies, pour la recherche sur le cerveau et le cœur en utilisant des filaments de fibres sans revêtement, l’image est alors visualisée sur un écran de télévision.[13] La fibre optique intervient également dans la décoration/illumination de la piscine, bassins, fontaines, la signalétique d’orientation et d’information (panneau de signalisation et enseigne), la signalisation routière (rond-point, séparation de voies de circulation
Les réseaux d’accès FTTx
L’évolution de réseau d’accès vers l’optique est considérable de nos jours. L’infrastructure en cuivre existante est néanmoins indispensable car les qualités de service obtenues avec le DSL, sont satisfaisantes à l’heure actuelle. L’évolution et la diversification au niveau des terminaux domestiques connaissent une forte expansion ne cessant de s’augmenter ; l’emploi de la fibre optique est alors nécessaire pour cela.
Les composants d’un réseau WDM
La technologie WDM définit trois types de nœuds optiques qui peuvent être déployés dans un réseau de transport optique
– Les multiplexeurs terminaux optiques (OTM) qui sont des équipements de base pour la conception d’un système WDM. Les OTM ont pour rôle de rassembler ou/et de dissocier les différentes longueurs d’onde. Les OTMs sont utilisés à l’entrée du réseau WDM où ils assurent l’accès pour les signaux provenant des autres réseaux clients tel que SDH, Ethernet, IP/MPLS, DSL,
– Les multiplexeurs à insertion/extraction optique (OADM), équipements utilisés pour insérer (à l’origine) et extraire (à la destination) une ou plusieurs longueurs d’onde sur une liaison WDM acheminant une pluralité de canaux optiques ayant des longueurs d’onde différentes. Les OADMs sont principalement conçus pour la construction d’anneaux et sont utilisés dans les réseaux d’accès et métropolitains,
– Les brasseurs optiques (OXC) : ces équipements assurent la fonction de brassage dans les réseaux optiques WDM. Lorsque dans un nœud les longueurs d’onde provenant d’une fibre sont démultiplexées, l’OXC permet de remplacer une ou plusieurs de ces longueurs d’onde par d’autres, issues d’une autre fibre, avant de les multiplexer vers une fibre sortante du nœud. Nous parlons alors de brassage de longueurs d’onde puisqu’`à partir de plusieurs canaux optiques (longueurs d’onde) entrants dans le nœud, nous pouvons échanger ces canaux pour une nouvelle répartition de sortie. Les OXCs sont utilisés principalement dans les réseaux cœur WDM.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LA FIBRE OPTIQUE
1.1 Historiques de la fibre optique
1.2 Comparatif des caractéristiques de différents supports de propagation
1.3 Système de communication par fibre optique
1.4 Description d’une fibre optique
1.5 Constitution d’une fibre
1.6 Différents types de fibres
1.6.1 Fibre multimode
1.6.2 Fibre monomode
1.7 Les différents types de câble
1.8 Isolation des fibres optiques
1.8.1 La structure serrée
1.8.2 La structure libre
1.8.3 La structure ruban
1.9 Exemples de caractéristiques de quelques fibres optiques normalisées
1.10 Propagation d’une onde lumineuse dans une fibre optique
1.10.1 La fibre optique : milieu de propagation
1.10.2 La réflexion totale interne
1.10.3 Bande passante
1.10.4 Les effets linéaires
1.10.5 Les effets non linéaires
1.11 Quelques applications de la fibre optique
1.12 Avantages de la fibre optique
1.13 Conclusion
CHAPITRE 2 LE RESEAU DE TRANSPORT OPTIQUE
2.1 Introduction
2.2 Caractéristiques d’une liaison fibre optique
2.2.1 Un système d’émission
2.2.2 Un système de réception
2.3 Raccordement optique
2.3.1 Épissures par fusion
2.3.2 Epissure mécanique
2.4 Les connecteurs optiques
2.4.1 Connecteur ST
2.4.2 Connecteur FC
2.4.3 Connecteur
2.4.4 Connecteur VF-45
2.4.5 Connecteur LC
2.4.6 Connecteur MU
2.4.7 Connecteur MTRJ
2.4.8 Connecteur EC
2.4.9 Connecteur OPTOCLIP
2.5 Amplificateurs optiques
2.5.1 Amplificateur optique à semi-conducteurs
2.5.2 Amplificateur optique à fibre dopée
2.5.3 Amplificateur Raman
2.6 La commutation optique
2.6.1 Mode paquets
2.6.2 Mode circuit
2.7 Les réseaux d’accès FTTx
2.7.1 Systèmes FTTC
2.7.2 Systèmes FTTB
2.7.3 Systèmes FTTH
2.8 La technologie SDH
2.8.1 Principe de la technologie SDH
2.8.2 Définition des éléments de la hiérarchie synchrone
2.8.3 Infrastructure d’un réseau SDH
2.8.4 Topologie
2.9 La technologie WDM
2.9.1 Introduction
2.9.2 Principes de la technologie
2.9.3 Les composants d’un réseau WDM
2.9.4 Les systèmes WDM
2.10 Conclusion
CHAPITRE 3 LA DISPERSION CHROMATIQUES ET LES DIFFERENTES SOLUTIONS DE COMPENSATION DE DISPERSION
3.1 Introduction
3.2 Rappel sur les effets de la dispersion du milieu de transmission
3.3 La dispersion chromatique
3.3.1 Causes de la dispersion chromatique
3.3.2 Description mathématique de la dispersion chromatique
3.3.3 Méthodes de mesures de la dispersion chromatique
3.4 Quelques Compensateurs de dispersion
3.4.1 Réseau de bragg
3.4.2 Compensation de la dispersion par l’utilisation de tableau cohérent d’images virtuelles ou VIPA
3.4.3 Conjugaison de phase optique
3.4.4 Dispersion compensation fiber
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION DE LA DISPERSION CHROMATIQUE ET DE LA DCF SOLUTION DE LA DISPERSION DE LA FIBRE MONOMODE
4.1 Introduction
4.2 Présentation du logiciel
4.2.1 L’éditeur de schéma-bloc
4.2.2 La bibliothèque
4.2.3 La simulation
4.2.4 Les résultats de simulation
4.3 Simulation
4.3.1 Synoptique de la liaison optique
4.3.2 Les différents composants utilisés
4.3.3 Lancement de la simulation
4.4 Conclusion
Conclusion générale
ANNEXES
FICHE DE RENSEIGNEMENTS
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