Soutenance mémoire
Depuis l’invention du laser en 1960, de nombreuses recherches ont été effectuées dans le domaine de la transmission optique des informations et c’est ainsi qu’est née l’optique intégrée. L’optique intégrée cherche à refaire avec une onde lumineuse ce qui a été avec une onde hertzienne. L’avantage des ondes lumineuses est que, grâce à leur fréquence élevée, on peut véhiculer une quantité considérable d’informations. L’atmosphère étant un milieu très perturbateur, il a fallu étudier et réaliser un milieu de propagation guidée. Ce milieu de transmission est la fibre optique. Un effort de recherche dans la technique des fibres a permis de réduire les pertes par absorption. De l’ordre de plusieurs centaines de décibels par kilomètre, l’absorption est arrivée aujourd’hui à des valeurs de 1 à 2 décibels. Quand on songe qu’une absorption à 2 décibels correspond à une réduction de l’intensité lumineuse de 50% seulement, on comprend pourquoi cette réussite a suscité un si grand intérêt pour les télécommunications optiques. Enfin existait un guide de lumière utilisable dans la pratique. Mais il ne s’agit pas de se contenter d’une simple liaison : il faut traiter directement le signal lumineux. A l’aide de microcircuits optiques comparables aux microcircuits de l’électronique, on peut effectuer sur les signaux des opérations de modulation, de commutation, de mélange. Enfin, les lasers semiconducteurs pouvant osciller en continu à la température ambiante sont des sources idéales permettant d’intégrer sur un même substrat à la fois des fonctions optoélectroniques, optiques et électroniques.
Aujourd’hui, les réseaux ont une très grande importance dans notre utilisation quotidienne de l’informatique. Que ce soit pour le travail ou loisir, le réseau permet l’échange d’informations vitales dans notre société de communication actuelle. La course aux débits est le moteur d’une dynamique inaltérable. L’apparition de nouvelles technologies permettant des débits toujours plus élevés entraine l’élaboration et la mise sur le marché d’applications toujours plus gourmandes en ressources. La fibre optique s’inscrit dans cette mouvance et apporte des améliorations considérables en termes de débits, mais pas uniquement. En effet, la fibre optique est plus fiable, plus performant et a un coût de revient moindre que les câbles cuivrés. Cependant, de nouveaux problèmes se posent, notamment en termes de connexion. En effet, on réalise bien qu’en montant un réseau de fibres optiques, il faut à un moment ou à un autre connecter des fibres entre elles ; autant joindre parfaitement deux fibres est une tâche contraignante et minutieuse. Il est donc essentiel de minimiser les pertes car c’est aux connexions que le signal perd l’essentiel de sa puissance.
GENERALITES SUR LA FIBRE OPTIQUE
Les supports de transmission
Avant l’apparition de la fibre optique, tous les réseaux de communication utilisaient d’autres supports de transmissions tels que les fils de cuivres ou les câbles coaxiaux. Les supports de transmission sont utilisés pour transporter un signal depuis une entité émetteur jusqu’au récepteur. Lorsqu’il s’agit de transmettre des informations, plusieurs cas peuvent se présenter : Il faut, soit effectuer une liaison point à point entre un émetteur et un récepteur (téléphonie), soit diffuser l’information à partir d’un émetteur vers plusieurs récepteurs (radiodiffusion ou télédiffusion). C’est en fonction du type de liaison, des contraintes économiques et matérielles, que s’effectuent le choix du media de transmission. Le media de transmission, auquel s’ajoutent les perturbations et déformations (bruits, diaphonie, distorsions…) de l’information, est appelé « canal ».
Le canal peut être :
◆ Un câble bifilaire
◆ Un câble coaxial
◆ Une fibre optique
◆ L’espace libre .
Ces canaux sont souvent classifiés en « limités » ou « non limités ». Dans les supports limités (câble coaxial, fibre optique, paire torsadée, …) le signal est guidé par un conducteur physique tandis qu’il ne l’est pas dans les supports non limités (faisceaux hertziens, ondes radio, …).
Câble bifilaire
Le support de transmission le plus simple est la paire symétrique torsadée (UTP : Unshielded Twisted Pairs). Il s’agit de deux conducteurs métalliques entremêlés (d’où le nom de paire torsadée). Le signal transmis correspond à la tension entre les deux fils. La paire peut se présenter emprisonnée dans une gaine blindée augmentant l’immunité contre les perturbations électromagnétiques (STP : Shielded Twisted Pairs).
Les deux avantages principaux de ce type de support sont :
❖ sa facilité d’installation
❖ son coût très bas
Par contre, les inconvénients sont assez nombreux :
❖ affaiblissement rapide
❖ sensibilité aux bruits
❖ faible largeur de bande
❖ faible débit.
En effet, sa bande passante est faible, il est en général réservé pour les transmissions à bas débit (inférieur à 2Mbit/s sur le réseau téléphonique). Pour de faibles distances, ce support est relativement utilisé dans les réseaux locaux et raccordements téléphoniques.
Câble coaxial
Le câble coaxial constitue une amélioration de la paire torsadé. Ce support constitue deux conducteurs à symétrie cylindrique de même axe, l’un central, l’autre périphérique ; séparés par un isolant. Par rapport au câble bifilaire, il possède une bande passante plus importante, et permet de réaliser des transmissions avec un débit relativement élevé de plusieurs centaines de Mbit/s (jusqu’à 565 Mbit/s sur le réseau téléphonique). Le câble coaxial est notamment utilisé pour connecter les centraux téléphoniques entre lesquels transite un grand nombre de communications.
Fibre optique
Une fibre optique apparait aujourd’hui, grâce à sa bande passante très élevée et sa faible atténuation, comme un support très intéressant. Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées pour :
➤ les réseaux terrestres à grande capacité (plusieurs Gbit/s, voire dans le futur, plusieurs dizaine de Gbit/s)
➤ les câbles sous-marins (où elles ont supplanté le câble coaxial)
➤ les réseaux de distribution (c’est-à-dire sur les liaisons entre centraux téléphoniques et abonnés).
Espace libre
L’espace libre utilise la propagation d’une onde électromagnétique dans l’atmosphère. Ce milieu est généralement réservé aux transmissions par satellite ou par faisceau hertzien ainsi qu’aux radiocommunications avec les mobiles.
Faisceau hertzien
Les ondes sont émises d’un relais à l’autre en ligne droite. La courbure de la Terre implique une distance maximum entre les relais (tours hertziennes).
Transmission par satellite
Le problème de la courbure de la Terre est résolu avec l’utilisation des satellites de télécommunication. Les satellites sont donc considérés comme fixe par rapport à la Terre. (Distance Terre-satellite : 36 000 km) .
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LA FIBRE OPTIQUE
1.1. Les supports de transmission
1.1.1. Câble bifiliaire
1.1.2. Câble coaxial
1.1.3. Fibre optique
1.1.4. Espace libre
1.1.4.1. Faisceau hertzien
1.1.4.2. Transmission par satellite
1.2. Transmission par fibre optique
1.2.1. Historique
1.2.2. Avantages de la fibre optique
1.2.3. Domaines d’utilisation des fibres optiques
1.2.4. Description de la fibre optique
1.2.5. Propagation de la lumière
1.2.5.1. Spectre de la lumière
1.2.5.2. La réflexion et la réfraction
1.2.6. Angle limite et condition de guidage
1.2.7. Propagation de la lumière dans la fibre optique
1.2.8. Angle d’acceptance et Ouverture numérique
1.2.9. Angle critique
1.2.10. Différence relative d’indice
1.2.11. Fréquence normalisée
1.3. Conclusion
CHAPITRE 2 : DIFFERENTS TYPES DE FIBRES OPTIQUES
2.1. Notion de mode de propagation
2.2. Fibre multimode
2.2.1. Fibre à saut d’indice
2.2.1.1. Profil d’indice
2.2.1.2. Caractéristiques
2.2.1.3. Modes
2.2.2. Fibre à gradient d’indice
2.2.2.1. Profil d’indice
2.2.2.2. Exemples
2.2.2.3. Ouverture numérique
2.2.2.4. Caractéristiques
2.2.2.5. Modes
2.3. Du multimode au monomode
2.4. Fibre multimode
2.4.1. Condition de monomodalité d’une fibre optique
2.4.1.1. Longeur d’onde critique de coupure
2.4.1.2. Profil d’indice d’une fibre monomode
2.4.2. Diamètre de mode d’une fibre monomode
2.4.2.1. Définitiondu diamètre de mode
2.4.2.2. Valeur du diamètre de mode
2.4.2.3. Facteur de confinement
2.5. Bilan général des différentes fibres
2.6. Conclusion
CHAPITRE 3 : ATTENUATION ET PARAMETRES DE TRANSMISSION DES FIBRES OPTIQUES
3.1. Atténuation
3.1.1. Introduction
3.1.2. Définition
3.1.3. Calcul de l’atténuation linéique
3.1.4. Exemple
3.2. Causes de l’atténuation
3.2.1. Pertes ou diffusion de Rayleigh
3.2.1.1. Principe par diffusion
3.2.1.2. Relation entre les pertes de Rayleigh et la longeur d’onde
3.2.2. Pertes par absorption
3.2.2.1. Absorption par l’eau
3.2.2.2. Absorption par les métaux
3.2.2.3. Conséquence sur la courbe d’atténuation
3.2.3. Pertes aux courbes
3.2.4. Pertes aux raccordements
3.2.4.1. Pertes dues à l’éspacement
3.2.4.2. Pertes dues aux dimensions différentes de la fibre
3.2.4.3. Pertes dues à un désalignement
3.3. Dispersion de la lumière dans les fibres optiques
3.3.1. Dispersion temporelle
3.3.2. Dispersion modale
3.3.2.1. Cas d’une fibre à saut d’indice
3.3.2.2. Cas d’une fibre à gradient d’indice
3.3.3. Dispersion chromatique
3.4. Fenêtre de transmission
3.5. Elements d’un système de transmission sur fibre optique
3.6. Interface optique d’émission
3.6.1. La diode électroluminescente
3.6.1.1. Principe de l’émission de la lumière dans un semi-conducteur
3.6.1.2. Principe des diodes DEL
3.6.2. Diode Laser
3.6.2.1. Caractéristiques des diodes Laser
3.6.2.2. Structure de base
3.7. Interface optique de réception
3.7.1. Photodiode PIN
3.7.2. Photodiode à avalanche
3.8. Les répéteurs ou amplificateurs optiques
3.8.1. Définition et principe des amplificateurs optiques
3.8.2. Différents types d’ amplificateurs optiques
3.8.2.1. Amplificateur à fibre dopée
3.8.2.2. Amplificateur Raman
3.8.2.3. Amplificateur à semi-conducteur
3.9. Techniques d’accès
3.9.1. WDM
3.9.1.1. Multiplexage
3.9.1.2. FDM
3.9.1.3. TDM
3.9.2. Principe de WDM
3.9.3. Principe d’une liaison WDM/DWDM
3.10. Conclusion
CONCLUSION
