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Institut Fresnel – CNRS – Marseille
OPTO-ELECTRONIQUE Composants photoniques et fibres optiques Serge MONNERET Institut Fresnel – CNRS – Marseille tel :
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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
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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
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Principe des télécommunications optiques
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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
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Intérêt de l'optique pour les télécommunications
porteuse de fréquence très élevée bande passante élevée exemple pour l = 1 µm n = c / l = GHz nettement au dessus des possibilités de modulation actuelles (40 GHz)
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Diffusion, diffraction, absorption
Introduction Difficulté de se propager dans l'espace libre : Diffusion, diffraction, absorption 1 / r2 r lignes droites, ombrage, …
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Diffusion, diffraction, absorption
Introduction Diffusion, diffraction, absorption Guidage, courbure, transparence :
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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 km) possibilité de pouvoir "courber" les faisceaux guides souples
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Rappel : nature de la lumière
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Rappel : interférences
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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
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Propagation dans les fibres optiques
Approche intuitive : réflexions totales multiples pb : qualité de l'interface au niveau des réflexions
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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.
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Propagation dans les fibres optiques
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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
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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
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Fibres optiques : classifications
fibre à saut d'indice fibre à gradient d'indice
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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
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