MรMOIRE pour lโobtention du DIPLรME DโรTUDES APPROFONDIES EN PHYSIQUE
Option : Physique de la Matiรจre et du Rayonnement
Introduction gรฉnรฉrale
Chapitre I : La fibre optiqueย
I.1 Prรฉsentation gรฉnรฉrale
I.2 Propagation dโonde lumineuse
I.3. Les diffรฉrents types de fibre optique
I.4 Avantages et inconvรฉnients de la fibre optique
I.5 Systรจme de communication par fibre optique
Chapitre II. Problรจmes liรฉs ร une liaison par fibre optiqueย ย
II.1 Les dispersions
II.2 Les pertes extrinsรจques
II.3 Les pertes intrinsรจques
II.4 Les effets non-linรฉaires
II.5 Les diffusions stimulรฉes
Chapitre III : Simulation de la diffusion de Rayleigh dans une fibre optiqueย ย
III.1 Objectifs et algorithme de la simulation
III.2 Prรฉsentation de MATLAB et de lโinterface de simulation
III.3 Evaluation de ฮฑ R par rapport ร ฮฑ Total
III.4 Rรฉsultats avec le coefficient ฮฑ RD
III.5 Comparaison des coefficients ฮฑ R et ฮฑ RD
Conclusion gรฉnรฉrale
Rapport PFE, mรฉmoire et thรจse avec la catรฉgorie physique
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La fibre optique
Prรฉsentation gรฉnรฉrale
La fibre optique est un guide d’onde en forme dโun fil fin en verre ou en plastique qui exploite les propriรฉtรฉs rรฉfractrices de la lumiรจre.
Elle est habituellement constituรฉe d’un cลur cylindrique en matรฉriau transparent dโindice de rรฉfraction n 1 entourรฉ d’une gaine. Le cลur de la fibre a un indice de rรฉfraction lรฉgรจrement plus รฉlevรฉ (diffรฉrence de quelques milliรจmes) que la gaine concentrique constituรฉe dโun matรฉriau ayant un indice de rรฉfraction n 2 infรฉrieur ร n 1 et peut donc confiner la lumiรจre qui se trouve entiรจrement rรฉflรฉchie de multiples fois ร l’interface entre les deux matรฉriaux (en raison du phรฉnomรจne de rรฉflexion totale interne).
Figure I.1 : Reprรฉsentation schรฉmatique dโune fibre optique.
La fibre est protรฉgรฉe extรฉrieurement par un revรชtement dit primaire, rรฉalisรฉ en gรฉnรฉral par un matรฉriau plastique.
Histoire de la fibre optique
Le phรฉnomรจne du transport de la lumiรจre dans des cylindres de verre รฉtait dรฉjร connu depuis l’รฉpoque des Grecs anciens. Cela montre que l’utilisation du verre en conjonction avec la lumiรจre n’est donc pas rรฉcente.
Au dรฉbut de lโannรฉe 1840, la premiรจre dรฉmonstration scientifique du principe de la rรฉflexion totale interne fut rรฉalisรฉe ร Paris par les physiciens franรงais Jean-Daniel Colladon et Jacques Babinet [3].
On a attendu jusquโen 1854 la reprise de cette mรชme expรฉrience par l’irlandais John Tyndall devant la Sociรฉtรฉ Royale Britannique. ร cette รฉpoque, l’idรฉe de courber la trajectoire de la lumiรจre, รฉtait rรฉvolutionnaire car les chercheurs considรฉraient que la lumiรจre se propageait rectilignement. Aprรจs avoir rรฉussi ร guider la lumiรจre dans un jet d’eau dรฉversรฉ dans un trou ร la base d’un rรฉservoir, on a appris que la lumiรจre pouvait รชtre dรฉviรฉe de sa trajectoire rectiligne. Ils purent de cette maniรจre dรฉmontrer le principe qui est ร la base de la fibre optique. Depuis ce jour, de nombreuses inventions utilisant le principe de la rรฉflexion totale interne sont apparues [4].
On doit la premiรจre tentative de communication optique ร Alexander Graham Bell, connu pour l’invention du tรฉlรฉphone, il a mis au point le photophone (un appareil permettant de transmettre la lumiรจre sur une distance de 200 mรจtres), au cours des annรฉes 1880. La possibilitรฉ de transporter de la lumiรจre sur le long de fines fibres de verre fut exploitรฉe au cours de la premiรจre moitiรฉ du 20 รจme siรจcle [5].
En 1927, Baird et Hansell tentรจrent de mettre au point un dispositif d’images de tรฉlรฉvision ร l’aide de fibres. Hansell a pu faire breveter son invention, mais elle ne fut jamais vraiment utilisรฉe [6]. Trois ans plus tard, en 1930, Heinrich Lamm rรฉussit ร transmettre l’image d’un filament de lampe รฉlectrique grรขce ร un assemblage simple de fibre de quartz [7]. Cependant, il รฉtait encore difficile de concevoir que ces fibres de verre puissent trouver une application.
La premiรจre application fructueuse de la fibre optique eut lieu au dรฉbut des annรฉes 1950, lorsque le fibroscope flexible fut inventรฉ par van Heel et Hopkins [8]. Cet appareil permettait la transmission d’une image le long de fibres en verre. Il fut particuliรจrement utilisรฉ en endoscopie, pour observer l’intรฉrieur du corps humain, et pour inspecter des soudures dans des rรฉacteurs d’avion. Malheureusement, la transmission ne pouvait pas รชtre faite sur une grande distance รฉtant donnรฉe la piรจtre qualitรฉ de la fibre utilisรฉe. En 1957, le fibroscope (endoscope flexible mรฉdical) est inventรฉ par Basil Hirschowitz aux รtats-Unis [4].
Les tรฉlรฉcommunications par fibre optique restรจrent inexploitables jusqu’ร l’invention du laser en 1960. Ce dernier offrit en effet la potentialitรฉ de transmettre un signal sans perte sur une grande distance. La publication de Charles Kao en 1964, des Laboratoires Standards de Tรฉlรฉcommunications, dรฉcrivit un systรจme de communication ร longue distance et ร faible perte en mettant ร profit l’utilisation mรฉlangรฉe du laser et de la fibre optique. Peu aprรจs, soit en 1966, il dรฉmontra expรฉrimentalement, avec la collaboration de Georges Hockman, qu’il รฉtait possible de transporter de l’information sur une grande distance sous forme de lumiรจre grรขce ร la fibre optique. Cette expรฉrience est souvent considรฉrรฉe comme la premiรจre transmission de donnรฉes par fibre optique [9].
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