La fibre optique

1. La fibre optique

2. Définition et Introduction • Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété d'être un conducteur de la lumière et sert dans la transmission de données et de lumière. Elle offre un débit d‘information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et peuvent servir de support à un réseau « large bande » par lequel transitent aussi bien la télévision, le téléphone, ou les données informatiques. • Entourée d'une gaine protectrice, la fibre optique peut être utilisée pour conduire de la lumière entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers, de kilomètres. Le signal lumineux codé par une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité d'information. En permettant les communications à très longue distance et à des débits jusqu'alors impossibles, les fibres optiques ont constitué l'un des éléments clef de la révolution des télécommunications optiques.

3. Notions • La réfraction d’un faisceau lumineux. • La longueur d’onde de la lumière. • L’indice de réfraction.

4. La réfraction

5. La réfraction vs longueur d’onde

6. L’indice de réfraction • Grandeur sans dimension > 1 (rapport de deux vitesses). • Dépends du matériau. • n = c / v • Dépends de la longueur d’onde. • Dans l’air : nair = 1 à 10-8 prés. • Dans le verre : nverre = 1,5 (varie en fonction de la composition exacte).

7. Principe de fonctionnement • La fibre optique est constituée d'un cœur entouré d'une gaine. • Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre extrémité de la fibre optique sans perte, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée.

8. Une affaire de mode

9. A retenir • La gaine a un indice de réfraction légèrement inferieur à celui du cœur. • La lumière se propage de proche en proche en rebondissant sur l’interface gaine/cœur. • L’interface gaine/cœur peut etre unique ou bien multiple, avec un angle d’attaque: multimode à saut d’indice ou multimode à gradient d’indice. • Sans angle d’attaque : monomode.

10. Système de transmission • Le transpondeur optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques véhiculés au cœur de la fibre. À l’intérieur des deux transpondeurs partenaires, les signaux électriques sont traduits en impulsions optiques par une LED et lus par un phototransistor ou une photodiode. • Les émetteurs utilisés sont de trois types : • les diodes électroluminescentes (DEL), ou LED (light emitting diode), qui fonctionnent dans le proche infrarouge(850 nm) (mulitmode), • les lasers, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d’onde est 1 310 ou 1 550 nm, • les diodes à infrarouge qui émettent dans l’infrarouge à 1 300 nm. • L’atténuation et la déformation du signal sont des conséquences directes de la longueur du canal de transmission. Afin de conserver le signal optique de la source, les systèmes de transmission optique utilisent trois types d’amplificateurs : • regeneration (amplification seule), • regeneration-reshaping (amplification et remise en forme), • regeneration-reshaping-retiming (amplification, remise en forme et synchronisation).

11. Problématique de l’atténuation • Les meilleurs procédés de fabrications actuels permettent une atténuation de 0,14 dB/km. • Sur 100km, la puissance lumineuse a été divisée par deux ,et ce six fois (-20dB). • On ne retrouve donc que 1% de la puissance de départ. • Comment envoyer un signal sur plusieurs milliers de kilomètre?

12. Réponse: l’amplificateur optique • L’amplificateur optique à Erbium est un dispositif qui amplifie le signal optique qu’il reçoit pour pouvoir attaquer un nouveau tronçons de fibre dans les meilleurs conditions. • Il est constitué d’un tronçons de fibre dopé à l’Erbium et d’une « pompe » optique. • Son gain est de 18dB.

13. Fonctionnement de l’amplificateur

14. Fonctionnement de l’amplificateur

15. Connectique • Fiber Channel (IT) • TOS-LINK (audio)

16. Matériel spécifique • Convertisseur de média • Switch spécialisé • Matériel de raccordement (soudeuse optique) • Raccord

17. Avantages • Très faible atténuation. • Très longues distances couvrable. • Insensibilité aux champs électromagnétiques basse fréquence. • Débits très élevés : le record est à 1petabit/s sur 52,4km (1 million d'Ethernet gigabit). Typiquement 10gb/s. • Finesse du cable. • Plusieurs centaine de fibre dans un seul cable de forte section.

18. Inconvenients • Le coût. • Le câblage hors de portée du bricoleur lambda. • La fragilité. • Impossible à installer chez moi. • Légitimité de l’ethernet 10Gbps sur courte distance (<100m).

19. Les cables sous-marins

20. Perspectives • La fibre optique est amenée à devenir l’outil principal d’accès à internet et au numérique en France. La volonté de l’État est forte et les avantages de cette technologie sur le haut débit actuel sont indéniables. Par contre, leraccordement aux particuliers tel qu’il est envisagé aura un coût non négligeable, qui sera partagé entre l’État, les collectivités territoriales, les opérateurs privés et les particuliers. • Ainsi se façonne le paysage numérique français à l’horizon 2020. La fibre optique est clairement privilégiée par rapport aux autres technologies comme le réseau satellitaire ou le réseau mobile (3G ou 4G), qui ne sont pas écartés pour autant mais plutôt envisagé comme solution de transition en attendant une hypothétique couverture totale du territoire par la fibre optique. Avec le développement des offres numériques multi-services (téléphone, télévision, internet) et la capacité de la fibre optique à gérer simultanément ces services sans perte de qualité, le choix de cette technologie s’impose, comme c’est déjà le cas au Japon ou en Corée du Sud dont les territoires sont presque totalement couverts par la fibre. Mi-2008, il y avait déjà plus d’abonnés à la fibre optique (treize millions) qu’au haut débit, tandis que le territoire était déjà couvert à 90 %25. Néanmoins, les conditions au Japon sont différentes de la France : le tissu urbain y est bien plus dense, ce qui entraîne des coûts de raccordement « DFA » bien moindres. De plus le pays a lancé cette politique d’investissement quelques années avant la France ou la Belgique. • En France, l'avenir des réseaux semble se diriger vers une extinction du cuivre dans les réseaux telecom, même si en 2013 le réseau cuivre représente une large part du revenu des opérateurs. Les enjeux économiques sont donc importants, mais les aspects techniques, juridiques et sociaux le sont tout autant26. La fibre n'est pas encore suffisamment présente pour supplanter le cuivre. À l'heure actuelle, de nombreux services n'ont pas d'équivalence fibre: alarmes d'ascenseur, systèmes de télé-relèves, modems industriels... C'est pourquoi le gouvernement a chargé l'Autorité de la statistique publique, en juin 2013, d'une mission de réflexion sur l’extinction de la boucle locale cuivre, afin d'établir un réseau fixe à très haut débit, basé sur la fibre.

21. Conclusion • Technologie d’avenir pour le particulier. • Technologie du présent pour notre métier. • Donc à parfaitement cerner! • Encore trop chère. • Mise en œuvre délicate. • Nouveau paradigme le jour ou tout les particuliers seront connecté à + de 100mbps.

22. Sources • Wikipedia. • Mes cours de fac. • Wikipedia. • Et Wikipedia entre autres. • http://www.one-school.net/Malaysia/UniversityandCollege/SPM/revisioncard/physics/light/refraction.html • http://www.technologuepro.com/reseaux/Cablage-en-Fibre-optique/Soudure-Fibre-optique.html • http://www.formation-fibre-optique.com/a-la-decouverte-de-la-fibre-optique/architecture-et-composants-optiques/ • http://meinamsterdam.nl/les-cables-de-la-mer-du-nord