Fibre optique
Les Caractéristiques de la fibre optique
Les principaux paramètres qui caractérisent les fibres optiques utilisées pour les transmissions sont les suivants :
Atténuation
L'atténuation caractérise l'affaiblissement du signal au cours de la propagation.
Pertes des fibres optiques de silice
Soient P0 et PL les puissances à l'entrée et à la sortie d'une fibre de longueur L. L'atténuation linéaire se traduit alors par une décroissance exponentielle de la puissance en fonction de la longueur de fibre : PL = P0e - aL où a est le coefficient d'atténuation linéaire. On utilise souvent le coefficient adB exprimé en dB/km et relié à a par adB = 4.343a:
Le principal atout des fibres optiques est une atténuation extrêmement faible. L'atténuation va varier suivant la longueur d'onde. La diffusion Rayleigh limite ainsi les performances dans le domaine des courtes longueurs l'onde (domaine du visible et du proche infrarouge). Un pic d'absorption, dû à la présence de radicaux -OH dans la silice, pourra également être observé autour de 1385 nm. Les progrès les plus récents dans les techniques de fabrication permettent de réduire ce pic.
Les fibres en silice connaissent un minimum d'atténuation vers 1 550 nm. Cette longueur d'onde du proche infrarouge sera donc privilégiée pour les communications optiques. De nos jours, la maîtrise des procédés de fabrication ont permet d'atteindre couramment une atténuation aussi faible que 0.2 dB/km à 1 550 nm : après 100 km de propagation, il restera donc encore 1% de la puissance initialement injectée dans la fibre, ce qui peut être suffisant pour une détection. Si l'on désire transmettre l'information sur des milliers de kilomètres, il faudra avoir recours à une réamplification périodique du signal, le plus généralement par l'intermédiaire d'amplificateurs optiques qui allient simplicité et fiabilité.
Il est à noter que le signal subira des pertes supplémentaires à chaque connexion entre fibres optique, que ce soit par des traverses ou bien par soudure, cette dernière technique réduisant très fortement ces pertes.
Dispersion chromatique
La dispersion chromatique est exprimée en ps/(nm·km) et caractérise l'étalement du signal lié à sa largeur spectrale (deux longueurs d'ondes différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse). Cette dispersion dépend de la longueur d'onde considérée et résulte de la somme de deux effets : la dispersion propre au matériau, et la dispersion du guide, liée à la forme du profil d'indice. Il est donc possible de la minimiser en adaptant le profil.
Dispersion modale de polarisation (PMD)
La dispersion modale de polarisation (PMD) est exprimée en ps/km½ et caractérise l'étalement du signal lié au fait que la fibre optique n'est pas parfaitement circulaire.
Longueur d'onde de coupure et fréquence normalisée
La longueur d'onde de coupure est la longueur d'onde en dessous de laquelle la fibre optique n'est plus monomode. Ce paramètre est relié à la fréquence normalisée, noté V, qui dépend de la longueur d'onde, du rayon de coeur "a" de la fibre et des indices du coeur "nc" et de la gaine "ng". La fréquence normalisée est exprimée par :
Une fibre est monomode pour une fréquence normalisée V inférieure à 2,405. Des abaques fournissent la constante de propagation normalisée, notée B, en fonction de la fréquence normalisée pour les premiers modes.
Fibres monomodes et multimodes
Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon leur diamètre et la longueur d'onde utilisée.
* Les fibres multimodes, ont été les premières sur le marché. Elles ont pour caractéristiques de transporter plusieurs modes (trajets lumineux) simultanément. Du fait de la dispersion modale, on constate un étalement temporel du signal. En conséquence, elles sont utilisées uniquement pour des bas débits et de courtes distances. La dispersion modale peut cependant être minimisée (à une longueur d'onde donnée) en réalisant un gradient d'indice dans le coeur de la fibre. Elles sont caractérisées par un diamètre de coeur de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de micromètres (les coeurs en multimodes sont de 50 ou 62.5 microns pour le bas débit).
* Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des fibres monomodes, qui sont technologiquement plus avancées car plus fines. Une fibre monomode n'a pas de dispersion modale. Elles sont caractérisées par un diamètre de coeur de seulement quelques micromètres (le coeur monomode est de 9 microns pour le haut débit).
