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Fibre Optique Formation. Fibre Optique CIN ST MANDRIER Généralités sur l'optique Notions élémentaires sur la F.O. DWDM Aspect matériel.

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1 Fibre Optique Formation

2 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Généralités sur l'optique Notions élémentaires sur la F.O. DWDM Aspect matériel

3 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Pourquoi la fibre Optique ? Des transmissions multiservices toujours croissantes L'avènement du réseau "tout optique" pour remplacer les réseaux numériques déployés (PDH vers 1980 puis SDH dès 1990) L'atout de la lumière guidée L'immunité aux interférences externes Objectifs

4 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Comparaison avec les autres média Paires torsadées Câble coaxial Fibre optique CoûtBasMoyenAssez élevé Bande passanteMoyenneLargeTrès large Longueur maximaleMoyenneElevée Immunité aux interférencesBasse moyenneMoyenne élevéeTrès élevée Facilité de connexionSimpleVariableDifficile Facilité d'installationVariable Difficile FiabilitéBonne Très bonne

5 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Spectre disponible La quantité d'informations susceptible d'être transportée est proportionnelle à la fréquence de l'onde porteuse : L m = C m/s / F Hz avec C = VLF( Very Low Frequency )de 3 à 30 kHzde 10 à 100 km LF( Low Frequency )de 30 à 300 kHzde 1 à 10 km MF ( Medium Frequency )de 300 à 3000 kHzde 100 à 1000 m HF ( High Frequency )de 3 à 30 MHzde 10 à 100 m VHF ( Very High Frequency )de 30 à 300 MHzde 1 à 10 m UHF( Ultra High Frequency )de 300 à 3000 MHzde 1 à 10 dm SHF( Super High Frequency )de 3 à 30 GHzde 1 à 10 cm EHF( Extra High Frequency )de 30 à 300 GHzde 1 à 10 mm Lumière infra-rouge de 100 à 1,6 µm Lumière visiblede 1,55 à 0,8 µm

6 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Spectre disponible 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmµm F.V.Infra-rouge U.V.

7 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Spectre disponible 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmµm F.V.Infra-rouge Mode de propagation Onde de sol Réflexion ionosphérique Réfraction troposphérique Dispersion troposphérique Visibilité directe U.V.

8 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Spectre disponible 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmµm F.V.Infra-rouge Radiodiffusion sonore Ondes longues (OL) 150 à 285 kHz Télévision (bande I, III, IV et V) Ondes moyennes (OM) 0,525 à 1,6 MHz Ondes courtes (OC) 4 à 26 MHz Ondes ultra-courtes (OUC) 87,5 à 108 MHz Radiodiffusion visuelle 41/68, 174/216, 470/605, 606/960 MHz U.V.

9 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Spectre disponible 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz 10 THz 100 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF kmhmdammdmcmmmµm F.V.Infra-rouge Systèmes de télécommunications Radio communications mobiles 80, 160 et 460 MHz Faisceaux hertziens (FH) 0,25 à 22 GHz Satellites 3 à 30 GHz Télégraphie et téléphonie par ondes courtes 1,6 à 30 MHz U.V.

10 Fibre Optique CIN ST MANDRIER 3 longueurs donde utilisées en communications optiques Lumière visible Infra-Rouge Ultra-Violet Longueurs d'onde utilisées 800 nm 1300 nm 1550 nm F = c /

11 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Optique "géométrique" Rayons lumineux rectilignes utilisés pour la description des instruments optiques classiques (lentilles, lunettes,…) Optique "ondulatoire" Les rayons peuvent être perçus comme des ondes électromagnétique qui se propagent. Concepts de l'optique

12 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Vitesse de propagation Vitesse de propagation de la lumière dans le vide : C = km/s (Célérité) La vitesse de propagation de la lumière dans un milieu est : Vitesse de propagation = C / n( n = indice de réfraction ) Les principaux indices de réfraction sont : 1pour le vide 1,003pour l'air 1,3pour l'eau 1,5pour le verre 2pour le diamant

13 Fibre Optique CIN ST MANDRIER L'indice absolu n 1 d'un milieu est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. Indice optique d'un milieu Vitesse de la lumière : c = ,5 km/s 1 1 c c n

14 Fibre Optique CIN ST MANDRIER La réflexion La réfraction La diffusion L'absorption La diffraction Théorèmes optiques

15 Fibre Optique CIN ST MANDRIER La Réflexion La réflexion est le renvoi de la lumière par la surface qui la reçoit : Le rayon réfléchi est dans le plan d'incidence L'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence N n1n1 n2n2 Rayon réfléchi Rayon incident ii' 1 ère loi de Descartes

16 Fibre Optique CIN ST MANDRIER La Réflexion

17 Fibre Optique CIN ST MANDRIER La Réfraction La réfraction est la déviation subie par les rayons lumineux à la traversée de la surface séparant deux milieux transparents : Le rayon réfracté se trouve dans le plan d'incidence L'angle de réfraction suit la loi : n 1 sin i = n 2 sin r Rayon incident 2 ème loi de Descartes N n1n1 n2n2 Rayon réfracté i r

18 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Réflexion & Réfraction Rayon incident N n1n1 n2n2 Rayon réfléchi i n 1 > n 2 i = = angle limite de réfraction i > (effet miroir) i > (effet miroir) Rayon réfracté

19 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Partie de l'énergie lumineuse qui est absorbée par certains éléments. Elle est transformée en une autre forme d"énergie : Vibrations moléculaires Rayonnement stimulé …… L'absorption

20 Fibre Optique CIN ST MANDRIER La diffusion est le renvoi de la lumière dans toutes les directions par le milieu qu'elle frappe. La diffusion R

21 Fibre Optique CIN ST MANDRIER La diffraction est l'éparpillement d'un rayon lumineux traversant une ouverture de faible diamètre sur une surface finement striée. La diffraction théorique réel

22 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Généralités sur l'optique Notions élémentaires sur la F.O. DWDM Aspect matériel

23 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Gaine mécanique 250 m Gaine optique (n 2 ) 125 m Coeur (n 1 >n 2 ) Fibres multimode 20 à 100µm Fibres monomode < 10 mm Structure d'une fibre optique

24 Fibre Optique CIN ST MANDRIER n1n1n1n1 n2n2n2n2 Rayon guidé N Rayon réfracté Il existe un angle limite dinjection Principe du guidage dans une fibre

25 Fibre Optique CIN ST MANDRIER n1n1n1n1 n2n2n2n2 NN Ouverture numérique Cône dacceptance L'injection dans la fibre

26 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Il existe deux conditions de guidage : n 1 > n 2 i > réflexions totales tout au long de la fibre optique On utilise deux types de fibre. Conditions de guidage µm < Rayon de cœur < 100 µm Bande passante limitée à 1GHz Fibres à saut ou gradient dindice Fibre multimode Rayon de cœur très faible Bande passante > 1GHz Fibres à saut dindice Fibre monomode

27 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Issue du caractère ondulatoire de la lumière, l'injection d'une onde électromagnétique dans la fibre optique entraîne une décomposition de l'énergie incidente en sous entités énergétiques ou "mode" qui se propagent différemment.mode En multimode l'énergie se répartie sur plusieurs modes ou chemins possibles. Les chemins étant de longueurs différentes, les temps de propagation seront différents, ce qui limitera la bande passante. C'est la dispersion modale. Elle est négligeable en monomode La notion de mode

28 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Elles sont constituées: dun cœur dindice n 1 dune gaine dindice n 2 r n La fibre multimode à saut d'indice

29 Fibre Optique CIN ST MANDRIER t Pulse émis Étalement + atténuation t n1n1n1n1 n2n2n2n2 Plusieurs modes de propagation Propagation de la lumière dans la fibre multimode à saut d'indice

30 Fibre Optique CIN ST MANDRIER r n Elles limitent le phénomène délargissement dimpulsion Fibre multimode à gradient d'indice L'indice du cœur varie suivant une loi parabolique fonction de r

31 Fibre Optique CIN ST MANDRIER t Atténuation Etalement moins important t Pulse émis n1n1n1n1 n2n2n2n2 Plusieurs modes de propagation Propagation de la lumière dans la fibre multimode à gradient d'indice

32 Fibre Optique CIN ST MANDRIER r n Le diamètre du cœur est très petit La fibre monomode Elles sont constituées: dun cœur dindice n 1 dune gaine dindice n 2

33 Fibre Optique CIN ST MANDRIER t Pulse émis n1n1n1n1 n2n2n2n2 t Faible atténuation Faible étalement Propagation de la lumière dans la fibre monomode Un seul mode de propagation

34 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Cest une variable utilisée par les technologues, elle est donnée par la relation suivante: ON. RV. 2 V<2,405MONOMODE Si V<2,405 alors la fibre est MONOMODE V>2,405MULTIMODE Si V>2,405 alors la fibre est MULTIMODE La fréquence normalisée (V)

35 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Les valeurs typiques de bande passante pour une fibre de 1 km sont: Bande passante 100 MHz Multimode à saut d'indice quelques GHz Multimode à gradient d'indice > 10 GHz Monomode

36 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Si on injecte une puissance lumineuse P 0 alors sa décroissance linéique est donnée par la relation suivante : Atténuation de la fibre optique atténuation linéique en (dB/km) atténuation linéique en (dB/km) P0P0P0P0 x en km

37 Fibre Optique CIN ST MANDRIER 0,2dB/km Aujourdhui vaut typiquement 0,2dB/km, ce paramètre datténuation traduit lensemble des pertes causées par différents processus physiques (absorptions atomique ou moléculaire, diffusion,…) =20 dB/km Typiquement en 1974 on avait =20 dB/km on a donc réussi à optimiser la transmission optique dans un rapport de Atténuation de la fibre optique

38 Fibre Optique CIN ST MANDRIER 0,2 dB/km Aujourdhui vaut typiquement 0,2 dB/km, ce paramètre datténuation traduit lensemble des pertes causées par différents processus physiques (absorptions atomique ou moléculaire, diffusion,…). datténuation = 20 dB/km Typiquement en 1974 on avait = 20 dB/km on a donc réussi à optimiser la transmission optique dans un rapport de Les valeurs recommandées par la spécification G 957 de lUIT sont : = 1310 nm, = 0,3 – 0,4 dB/km = 1550 nm, = 0,15 – 0,25 dB/km Atténuation de la fibre optique

39 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Conclusions Systèmes à 10 Gbps sur fibres monomodes en utilisant le multiplexage temporel (TDM). Systèmes performants puisqu'ils permettent d'atteindre 100 km sans régénération du signal voire plus pour certaines fibres. Liaisons essentiellement point à point. En 1998, le déploiement de systèmes à 10 Gbps a dépassé les $750 millions pour les Etats-Unis uniquement.

40 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Généralités sur l'optique Notions élémentaires sur la F.O. DWDM Aspect matériel

41 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Multiplexage en longueur d'onde WDM WDM Wavelenght Division Multiplexing (WDM) ou Multiplexage par longueur d'onde. Besoin d'augmenter la capacité des liaisons sans les remplacer matériellement. Rentabiliser l'infrastructure existante. Optimisation de l'infrastructure déjà déployée afin de véhiculer : La multitude de nouveaux services numériques Les services usuels dont le débit dinformations annexes (de qualité par exemple) augmente

42 Fibre Optique CIN ST MANDRIER WDM

43 Fibre Optique CIN ST MANDRIER modulée par 1 débit Sources LASER, chacune modulée par 1 débit Fibre optique Débit total transmis = 6 Débit nominal On multiplexe ainsi 6 porteuses optiques modulées, doù lappellation WDM-6 + filtres optiques Principe du WDM Lentille de focalisation

44 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Fenêtre utilisée Le peigne des longueurs d'onde normalisé par l'UIT-T pour le système WDM se trouve entre 1530 et 1565 nm, soit une fenêtre spectrale de 35 nm. On partage cette fenêtre spectrale afin de pouvoir utiliser 16 ou 40 longueurs d'onde. On obtient un peigne. C'est la recommandation G 692 (interfaces optiques pour système multi-canaux) qui normalise l'espacement en nm entre deux longueurs d'onde permises dans la fenêtre : 1,6 nm ou 200 GHz 0,8 nm ou 100 GHZ

45 Fibre Optique CIN ST MANDRIER DWDM ou Dense WDM. Dans ce cas l'écart entre deux longueurs d'ondes voisines est plus petit ( < 100 GHz ): 0,4 nm ou 50 GHz 0,2 nm ou 25 GHz Les systèmes d'aujourd'hui comportent 4, 8, 16, 32 voire 80 canaux optiques donc des capacités de 10 à 200 Gbps si on prend un débit de canal de 2,5 Gbps. Recommandation pour le DWDM

46 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Exemple de liaison optique WDM : Liaison « Southern-Cross » reliant lAustralie et les Etats-Unis par un système WDM-16 sur 4 paires de fibres optiques Soit le Débit nominal de 2,5Gb/s alors le débit par fibre optique est de 10Gb/s et le débit total de la liaison est de 160Gb/s Pour augmenter les capacités du WDM : Augmenter le débit binaire nominal (domaine de lélectronique, photoémetteurs) Diminuer lespacement spectral du peigne afin daugmenter le nombre de porteuses optiques (il est de 0,8 nm pour 40 porteuses) Elargir la fenêtre spectrale aux longueurs donde supérieures à 1560nm Conclusions

47 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Généralités sur l'optique Notions élémentaires sur la F.O. DWDM Aspect matériel

48 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Décalages axiaux Défauts de surface Pertes d'épissures

49 Fibre Optique CIN ST MANDRIER a z x yElectrodes Support fixe Paramètres : Position initiale, distance entre les deux fibres Arc électrique : intensité et durée Support mobile Epissures

50 Fibre Optique CIN ST MANDRIER a Fibre Connecteur vissé Connecteurs optiques

51 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Pertes insertion < 0,2 dB typ < 0,3 dB max ROS en PC < -30 dB en Super PC < -40 dB en Ultra PC < -50 dB connecteur FC connecteur SC Connecteurs optiques

52 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Composants électroluminescents Diode électroluminescente ( DEL ) Jonction PN dans laquelle on injecte des électrons. Ces électrons excitent les molécules qui reviennent spontanément au repos en libérant des photons. La longueur d'onde de ces photons dépend du matériau utilisé dans la jonction : Pour le gallium L = 1,3 µm Pour l'indium L = 1,55 µm LL LLight EE EEmitting DD DDiode

53 Fibre Optique CIN ST MANDRIER Composants électroluminescents Diode à effet LASER Même principe que la DEL, mais la jonction est enfermée entre des couches de confinement et les faces du composant sont clivées de telle sorte qu'un électron, sur son parcours, libère plusieurs photons. PmW opt 0,1 1 DEL DL Seuil LASER LL LLight AA AAmplification by SS SStimuated EE EEmission of RR RRadiation

54 Fibre Optique CIN ST MANDRIER nCaractéristiques DELDL Puissance Puissance dans la fibre Largeur du spectre Rapidité de modulation Durée de vie RefroidissementNonOui 0,1 mW1 mW 0,01 mW 0,5 mW 50 à 200nm1 nm 100 MHz10 GHz 100 ans10 ans Composants électroluminescents


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