Institut Fresnel – CNRS – Marseille OPTO-ELECTRONIQUE Composants photoniques et fibres optiques Serge MONNERET Institut Fresnel – CNRS – Marseille serge.monneret@fresnel.fr tel : 04 91 28 80 52

Qu'est-ce que l'opto-électronique ? Discipline associant la photonique aux matériaux semiconducteurs. Il s'agit donc d'utiliser les interactions lumière/semiconducteurs pour mettre au point des composants, équipements et/ou systèmes émettant, modulant, transmettant et/ou captant la lumière et combinant des composants électroniques et optiques

Qu'est-ce que l'opto-électronique ? Domaines d'applications principaux : Technologies et traitement de l'information Affichage, stockage de données, imagerie/vision Automobile Affichage, sécurité, transfert de données Télécommunications optiques Emission, Mux/demux, amplification, routage, réception

Principe des télécommunications optiques

Réseaux de communications optiques Contenu du cours - Plan Fibres optiques Introduction Propagation dans les fibres optiques Fibre à saut d'indice / à gradient d'indice La fibre réelle Fabrication des fibres optiques Sources lumineuses Détecteurs de lumière Réseaux de communications optiques

Intérêt de l'optique pour les télécommunications porteuse de fréquence très élevée  bande passante élevée exemple pour l = 1 µm  n = c / l = 3.105 GHz nettement au dessus des possibilités de modulation actuelles (40 GHz)

Diffusion, diffraction, absorption Introduction Difficulté de se propager dans l'espace libre : Diffusion, diffraction, absorption 1 / r2 r lignes droites, ombrage, …

Diffusion, diffraction, absorption Introduction Diffusion, diffraction, absorption Guidage, courbure, transparence :

Fibres optiques : points clés Points fondamentaux à résoudre : mise au point d'un dispositif de guidage utilisation de réflexions multiples réalisation d'un milieu matériel aussi transparent que possible (vision par temps clair : typiquement 20-30 km) possibilité de pouvoir "courber" les faisceaux guides souples

Rappel : nature de la lumière

Rappel : interférences

Propagation de rayons lumineux Rappels sur les lois de Descartes Première loi : Le rayon réfléchi est dans le plan d’incidence L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence : i = r Deuxième loi: Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence Les angles d’incidence i1 et de réfraction i2 vérifient la loi n1 sin i1 = n2 sin i2 phénomènes coplanaires

Propagation dans les fibres optiques Approche intuitive : réflexions totales multiples pb : qualité de l'interface au niveau des réflexions

modes de propagation En réalité, les conditions de guidages sont plus complexes. On parle de modes guidés, qui prennent en compte la nature ondulatoire de la lumière.

Propagation dans les fibres optiques

Description générale des FO Guide d'onde diélectrique de géométrie cylindrique fibre monomode Matériau : silice (SiO2) cœur : silice dopée (GeO2) gaine : silice pure  souplesse du câble

Qualités principales des FO Faible absorption (0.2 dB/km – 95%) Faible dispersion (étalement temporel) Insensibilité aux parasites électromagnétiques Pas de rayonnement vers l'extérieur Taille réduite, poids faible Isolation électrique totale Pas de déflagration en cas de rupture

Fibres optiques : classifications fibre à saut d'indice fibre à gradient d'indice

Fibres optiques : paramètres opto-géométriques Ouverture numérique ON = sin q0max = (nc2-ng2)1/2 Paramètre D (traduit le saut d'indice entre cœur et gaine) Fréquence normalisée V (regroupe les paramètres opto-géométriques) (2a = ffibre) V < 2,405 : propagation unimodale M = nombre de modes  V2/2