OPTO-ELECTRONIQUE
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OPTO-ELECTRONIQUE. Composants photoniques et fibres optiques. Serge MONNERET Institut Fresnel – CNRS – Marseille serge.monneret@fresnel.fr tel : 04 91 28 80 52. Contenu du cours - Plan. Fibres optiques Introduction Propagation dans les fibres optiques

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Presentation Transcript


OPTO-ELECTRONIQUE

Composants photoniques et fibres optiques

Serge MONNERET

Institut Fresnel – CNRS – Marseille

serge.monneret@fresnel.fr

tel : 04 91 28 80 52


Contenu du cours - Plan

  • Fibres optiques

  • Introduction

  • Propagation dans les fibres optiques

  • Fibre à saut d'indice / à gradient d'indice

  • La fibre réelle : dispersion - atténuation

  • Fabrication des fibres optiques

  • Câbles à fibres optiques

  • Sources lumineuses

  • Détecteurs de lumière

  • Réseaux de communications optiques


Rappel : types de fibres

Fibre à saut 200/380

grande dispersion

BP = 10-50 Mhz / km

Fibre à gradient

62.5/125 universités

50/125 télécoms locales

BP = 200-1500 MHz / km

Fibre à saut 200/380

10/125 télécom grande distance

BP > 10 Ghz / km


Dispersion et atténuation dans les FO


Dispersion

propagation dans la fibre

Deux types de dispersion :

1- Dispersion chromatique

n = n(l) donc v = c/n = v(l)

2- Dispersion intermodale

v = f(mode)

Fibre monomode : uniquement dispersion chromatique

Fibre multimode : dispersion chromatique + intermodale


Dispersion intermodale

saut d'indice : DtSI = L (ON)2 / (c.nc) avec O.N.  nc (2D)1/2

gradient d'indice : Dtgr L ncD2 / (8c) (gradient optimal)

DtSI / Dtgr16 / D

A.N. nc = 1.5 D = 0.01 L = 1 km

DtSI = 100 ns d'où BP = 10 MHz

Dtgr = 0.06 ns d'où BP = 16 GHz


Dispersion chromatique

SMF = Single Mode Fiber

Fibres actuelles optimisées :

Dt = quelques ps km-1 nm-1 autour de 1.3 µm


Dispersion chromatique


Affaiblissement du signal

Définition de l'atténuation :

Si l'on injecte une puissance lumineuse Po à l'extrémité d'une fibre, on ne récupère qu'une fraction P1 de Po à l'autre extrémité.

L'atténuation de la fibre est le rendement exprimé en décibel sous la forme

A (dB) = 10 Log10 (P1 / P0)

Rappels :

A = 0 dB : P2 = P1

A = -1 dB : P2 = P1/1.26

A = -3 dB : P2 = P1/2

A = -20 dB : P2 = P1/100

Rq :dBm : valeur de P2 lorsque P1 = 1 mW

0 dBm = 1 mW-10 dBm = 0.1 mW


Origines de l'atténuation

  • Pertes par ABSORPTION

  • Pertes par DIFFUSION

  • Autres (couplage)


Mécanismes de l'absorption

  • Pertes par ABSORPTION

  • Absorption intrinsèque : interaction lumière/silice

  • 0.1 dB/km pour l = 0.8 µm

  • 0.02 dB/km pour l = 1.5 µm

  • 1 dB/km pour l = 1.8 µm

  • Absorption extrinsèque : interaction lumière/impuretés

  • 130 dB/km pour l = 0.85 µm pour 1 ppm de Fe

  • 60 dB/km pour l = 1.38 µm pour 1 ppm d'OH-


Mécanismes de la diffusion

Diffusion Rayleigh : l > diamètre des défauts

Elle provient des variations de l'indice de réfraction du matériau sur des longueurs inférieures à la longueur d'onde de la lumière ; elle se traduit par une perte de puissance lumineuse inversement proportionnelle à l4 (loi de Rayleigh)

Diffusion de Mie : l < diamètre des défauts


Atténuation des fibres de silice

Relevé expérimental de l'atténuation en fonction de l

absorption OH

60 dB/km pour 1 ppm

Décroissance d'ensemble en l-4 : diffusion Rayleigh


Atténuation des fibres de silice


Quelques caractéristiques de fibres commerciales


Les pertes aux épissures


Les grandes classes de connexion


Les différents types de verre

  • a) Les divers types de verre

  • b) Le matériau

    • Les verres à composants multiples

      • Ils sont élaborés à partir de la silice à laquelle sont rajoutés des oxydes ou des carbonates le tout étant fondu dans un creuset en platine

        • Méthode du double creuset

        • Méthode du ‘ barreau dans le tube ’

    • Les verres à haute teneur en SiO2

      • Ils sont obtenus par oxydation en phase vapeur de particules de SiCl4.

      • La variation d ’indice est obtenue par dopage, en proportion contrôlées, avec des oxydes tels que GeO2 (oxyde de Germanium), P2O5 (oxyde de Phosphore), B2O3 (oxyde de Bore) ou SiF4 (fluorure de silicium)

transparence

exceptionnelle !!


La préforme

En fabrication, tout commence par ce qu'on appelle la préforme.

Une préforme est un tube en verre possédant les propriétés géométriques et optiques qui devront être celles de la fibre in fine. De chaque préforme naîtra une centaine de kilomètres de fibre optique.

La préforme est l'image de la fibre optique (coefficient 320)


Obtention de préformes en verres à composants multiples

barreau dans le tube

double creuset


Méthode d'oxydation en phase vapeur (CVD)


Préforme à gradient d'indice

distribution du germanium par imagerie X


Le fibrage

T° constante = 2100 °C

précision : 0.5 µm


Le fibrage

vitesse de fibrage : de 80 à 120 m / min


Fibres optiques plastiques

Autre solution : verre + plastique

A = 10 dB / km


Fibres à maintient de polarisation


Fibres à cristaux photoniques


Les câbles à fibres optiques

  • Câble monofibre

    • La fibre est placée dans un tube de 900 microns de diamètre en gel de silicone puis renforts kevlar / plastique

  • Câbles à structure serrée

  • Câbles à structure libre ou tubée

Ces câbles sont un assemblage de câbles monofibre autour d ’un renfort central

Une ou plusieurs fibres nues sont placées dans un tube extrudé


Les câbles à fibres optiques

Structure en jonc rainuré :

L ’élément central est un jonc cylindrique rainuré en plastique extrudé autour d ’un porteur central en fils d ’acier torsadés. Chaque jonc peut avoir 5 à 12 rainures et chaque rainure peut contenir une ou plusieurs fibres. Par assemblage de joncs, on peut fabriquer des câbles contenant jusqu ’à 1000 fibres.


Prix des composants

Fibres optiques, catalogue général électronique 2005 :

plastique diam 1 mm, gaine 2.2 mm, indice = 1.492, 150 dB/km @650 nm

175 € / 100m

Silice à gradient d'indice, diam gaine ext = 2.8 mm

rayon de courbure dynamique : 50 mm

rayon de courbure statique : 30 mm

50/125, BP > 350 MHz.km : 280 € pour 100 m

62.5/125, BP > 160 MHz.km : 290 € pour 100 m

Module Laser @ 670 nm (fibres plastiques)

1 mW optique, alimentation pile 3V, 60 mA : 17.60 € TTC

5 mW optique, alimentation pile 3V, 60 mA : 18.60 € TTC

durée de vie : 50000 H

diamètre spot : 10 mm à 30 m


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