Chapitre 3. Fibres optiques Caractéristiques Types de fibres optiques Avantages Domaines d’application de la fibre optique télécommunications, médecine capteurs (température, pression, … etc.), éclairage.

Caractéristiques de la fibre optique Structures et types de fibres

Une fibre optique est constituée de 3 éléments concentriques:

Le cœur: Cʼest dans cette zone, constituée de verre, que la lumière est guidée et se propage le long de la fibre. La gaine: Couche de verre qui entoure le cœur. La composition du verre utilisé est différente de celle du cœur. Lʼassociation de ces deux couches permet de confiner la lumière dans le cœur, par réflexion totale de la lumière à lʼinterface cœur-gaine. La couche de protection: revêtement de protection généralement en PVC.

Types de fibres optiques La fibre monomode: La fibre est dite « monomode » en raison de la très petite taille du cœur (9 μm), où il n’y a qu’un seul mode de propagation de la lumière. 9 / 125 Diamètre e la gaine (μm) Diamètre du cœur (μm)

Types de fibres optiques La fibre multimode : Ce type de fibre est dit « multimode » car la lumière se propage suivant plusieurs « modes », cʼest à dire quʼelle peut suivre plusieurs trajets à lʼintérieur du cœur. 50ou62,5 / 125 Diamètre de la gaine (μm) Diamètre du cœur (μm)

Caractéristiques de la fibre optique Atténuation et longueur d’onde: La lumière, lorsqu'elle se propage le long de la fibre, sʼatténue progressivement. Cette atténuation sʼexprime par une valeur en dB/km. Cette atténuation dépend de la longueur d’onde (λ), c’est à dire de la couleur (fréquence) de la lumière. En conséquence la longueur d’onde de la lumière utilisée pour transmettre un signal dans une fibre optique n’est pas choisie au hasard, elle correspond à un minimum dʼatténuation.

Courbe dʼatténuation

Bande Passante: Cʼest une mesure de la capacité de transport de données d’une fibre optique. Par exemple, une fibre peut avoir une bande passante de 400 MHz.km (méga-hertz kilomètre). Cela signifie qu’elle peut transporter 400MHz sur 1 km. La bande passante dépend du type de fibre. La fibre monomode permet d’avoir un débit beaucoup plus important que la multimode.

Exemple Une information (A, B ou C) se propage dans la fibre suivant n modes, ce qui la déforme, comme si elle se dédoublait n fois. Par exemple sur le schéma suivant, le trajet suivant le mode 3 est plus long que celui suivant le mode 2, qui est lui-même plus long que le trajet suivant le mode 1. Si les informations arrivent trop rapprochées, elles risquent alors de se mélanger, et ne sont pas récupérables à la sortie de la fibre. Il faut donc les espacer suffisamment: limiter le débit.

Une information (A, B ou C) se propage dans la fibre suivant un seul mode, donc n’est pas déformée. On peut donc rapprocher beaucoup plus les informations et obtenir un débit bien plus important.

Avantages de la fibre optique Faible atténuation: La fibre optique a une atténuation moins importante que les conducteurs électriques, ce qui permet de transmettre des informations sur de plus longues distances en nécessitant moins de répéteurs. Grande bande passante: La fibre optique permet dʼatteindre des capacités de transport bien plus élevées que le cuivre. Les bandes passantes typiques sont de 200 à 600 MHz.km pour des fibres multimodes, et > 10 GHz.km pour des fibres monomodes, comparées à 10 à 25 MHz.km pour des câbles électriques usuels.

Insensibilité aux perturbations électromagnétiques: Les fibres optiques sont immunes aux parasites électromagnétiques, et elles mêmes nʼémettent aucune radiation. Liaison non détectable: Les câbles à fibre optique étant dans la plupart des cas totalement diélectriques, ils sont transparents vis à vis de tous types de détecteurs. Isolation électrique: Les fibres optiques permettent dʼeffectuer des transmissions entre points de potentiels électriques différents, et au voisinage dʼinstallations à haute tension. Taille et poids réduits: Pour faire passer une quantité dʼinformations équivalente, le volume et la masse de câble à fibre optique à utiliser sont bien moindres qu’en câble électrique.

Domaines d’application de la fibre optique Télécommunications

En télécommunications, la fibre optique est utilisée pour la transmission d'information: conversations téléphoniques, images /vidéos ou des données. C’est probablement l’un des domaines où l’utilisation de la fibre optique est le plus important et a le plus d’avenir.

Un fil de cuivre ne peut supporter que quelques communications, contre 300000 pour la fibre optique. Les fibres sont alors utilisées en particulier pour les réseaux à haut débit. Leurs capacités de transmission atteignent des débits de l’ordre du gigabit par seconde (câbles transatlantiques) avec une atténuation très faible et grâce aux multiplexages, on atteint la centaine de Gbits/s.

Une seule paire de fibre optiques transporte un débit 10 fois plus fort que 250 paires de fils de cuivre

Domaines d’application de la fibre optique Médecine

La fibre optique est utilisée en médecine pour: diagnostiquer des problèmes de santé traiter certaines maladies.

Pour le diagnostic: Un câble de fibres optiques transporte de la lumière à l'intérieur du corps. Cette lumière est réfléchie par les organes internes et est captée par un autre câble de fibres optiques qui achemine cette lumière vers un système d'imagerie vidéo. Il est donc possible d'avoir un aperçu de grande qualité de ce qui se passe dans le corps, et ce, en temps réel. Exemple: l'endoscope, particulièrement utilisé en gastro-entérologie.

Un endoscope

Pour un traitement: La fibre optique sert à transporter la lumière intense d'un laser à l'intérieur du corps humain où elle interagira par effet thermique avec les tissus : en chirurgie associée à un faisceau laser qui permet de : pulvériser un calcul rénal, découper une tumeur, réparer une rétine...

Les interventions sont moins complexes, moins dangereuses et moins invasives que la chirurgie traditionnelle. De plus, puisqu'elles ne nécessitent le plus souvent qu'une anesthésie locale, le patient peut subir l'intervention et retourner chez lui la même journée. L'application de ces techniques de diagnostic et de traitement a donc eu une incidence importante sur le plan économique.

Domaines d’application de la fibre optique capteurs (température, pression, … etc.)

Un domaine où la fibre optique a trouvé une application plus récemment est celui de la mesure. La fibre optique, comme tout objet, subit les influences de différents paramètres. Elle sera légèrement déformée lorsqu'elle est soumise à une pression, une force ou une variation de température. La déformation subit par la fibre optique aura une influence sur la façon dont la lumière s'y propage. Il est possible de mesurer ces modifications et de convertir cette mesure en unités de pression, de température ou de force, selon ce qu'on désire mesurer. Ces capteurs ont l'avantage d'être très petits, très précis et insensibles aux perturbations électromagnétiques.

Capteur pour mesurer la pression dans les vaisseaux sanguins

Domaines d’application de la fibre optique Eclairage

Dans le domaine de l’éclairage, les fibres optiques sont aussi très utilisées, en muséographie, architecture, et aménagement d’espaces d’agrément public et domestique. Enfin, dans le balisage, la décoration, la signalétique d’orientation ou encore en signalisation routière, les fibres optiques sont des outils couramment utilisés.