La fibre Optique

La fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions de données. La fibre optique est un support de transmission rapide des données extrèmement performent. Elle est utilisée pour avoir une vitesse de transport de données très rapide. Elle est aujourd'hui beaucoup utilisée dans les réseaux de télécommunications. Elle est insensible aux interférences électromagnétiques et donc convenable aux environnements industriels fortement bruités. Entourée d'une gaine protectrice, la fibre optique est utilisée pour conduire les ondes lumineuses entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres.

Le fonctionnement de la fibre optique

Les fibres optiques transportent des données sous la forme de particules lumineuses ou de photons qui sont envoyés via un câble à fibres optiques. Le cœur et la gaine d'une fibre ont des indices de réfraction différents, reflétant un signal optique incident à un angle spécifique. Lorsqu'un signal est transmis à travers un câble à fibre optique, il est réfléchi par le noyau et la gaine en une série de bosses en zigzag dans un phénomène appelé réflexion interne totale.
Les signaux optiques voyagent 30 % plus lentement que la lumière car les couches de verre sont plus denses. La transmission par fibre optique utilise des répéteurs à intervalles pour mettre à jour ou amplifier le signal pendant la transmission, convertissant le signal optique en signal électrique, traitant le signal électrique et retransmettant le signal optique sous forme optique. 

Le multiplexage de la transmission optique
Pour transmettre plusieurs types d'informations sur une même fibre, la technique de multiplexage utilisée est le le multiplexage en longueur d'onde WDM (Wavelength Division Multiplexing).
WDM permet la transmission de plusieurs signaux de longueurs d'onde différentes sur une même fibre. Le Multiplexeur est utilisé à l'entrée pour combiner les paquets de données venant de différents terminaux et à la sortie, un Démultiplexeur est opérationnel pour séparer les paquets de données.

Pour pouvoir multiplexer plusieurs sources optiques, il faut préalablement modifier leur longueur d'onde en utilisant des matériels spécifiques : transceivers ou transpondeurs. Chaque flux d'information est codé sur une porteuse par modulation d'amplitude ou de phase, comme pour une transmission sur fibre optique standard. Les équipements de démultiplexage sont généralement des équipements passifs, type réseaux de diffraction. Ils agissent comme des filtres en sélectionnant le signal dans une zone de longueur d'onde donnée. Le multiplexage en longueur d'onde sur une fibre utilise mieux la bande passante de la fibre, c'est une solution économique qui permet de maximiser la capacité de celle-ci.

Au niveau des émetteurs, les signaux venant des terminaux sont des signaux électriques. Ces signaux électriques sont convertis en signaux lumineux, amplifiés et émis par des diodes laser dans la fibre. Au niveau des recepteurs, les signaux limuneux sont amplifiés, convertis en signaux électriques.

La lumière

La lumière est une onde électromagnétique.
Une onde électromagnétique est une onde qui résulte de la présence d'un champ électrique E et d'un champ magnétique B. Dans la transmission de la fibre optique, la vitesse ou le débit est une fonction de temps et de distance. On a alors une double fonction qui est le temps et la distance et par conséquent, il y a création du champ magnétique B.
Une onde électromagnétique de longueur d’onde 𝜆, qui se propage dans un milieu transparentetisolant(diélectrique).
Avec : 𝜆=𝑐.𝑇 ou encore : 𝜆=𝑐/𝑓
où c est la célérité et vaut approximativement 3.108𝑚/𝑠 dans le vide ou dans l’air;
𝑓 est la fréquence en 𝐻𝑧.

Cette structure d'une onde électromagnétique montre le phénomène de propagation d'une impulsion sinusoïdale dans une fibre optique.

E le Champ Électrique avec E = E0sinωt et une fréquence f et avec une pulsation ω = 2πf.
B le Champ Magnétique
C la Célérité (m/s). C'est une constante quelle que soit la forme d'onde (impulsion, sinus, carré, ...)
𝜆 la longueur d'onde (m)
T la Période T = 𝜆/C (s)
f la Fréquence f = 1/T (Hz)

La transmission d'une onde lumineuse ou onde électromagnétique sinusoïdale dans une fibre optique a pour champ électromagnétique de composantes un champ électrique E et un champ magnétique B.

Les répéteurs et les amplificateurs à fibre optique

La fibre optique enrégistre moins de pertes de signaux dans la transmission de données. Malgré ces faibles pertes, pour la transmission à très longue distance, les lignes extrêmement longues et les câbles sous-marins exigent des régénérateurs ou des répéteurs pour amplifier périodiquement le signal.

Les types de fibres optiques

Le coeur de la fibre est fait en silice le plus souvent et rarement en verre. Il existe 2 grands types de fibres optiques:

Les fibres optiques monomodes
Une fibre monomode est une fibre dans laquelle il existe un seul mode de propagation de la lumière. La lumière se propage en ligne droite. C'est la fibre la plus utilisée avec un débit maximal de 100 Gbit/s et d'une maximale de 100 Km. C'est le type de fibre qui possède un coeur extremement très petit par rapport aux autres. Le coeur a un diamètre environ 200 µm. Il est généralement déployé au niveaux des réseaux coeurs avec une attenuation de signal quasiment nulle et est équipé de diodes Laser.

Les fibres optiques multimodes
Une fibre multimode est une fibre dans laquelle il existe différents modes de propagation de la lumière au sein du coeur de la fibre. Une fibre multimode a un cœur de grand diamètre par rapport à la fibre monomode. Parmi les fibres multimodes, il y a des fibres multimode à saut d'indice et des fibres multimode à gradient d'indice.

Fibre multimode à gradient d'indice

Dans ce type de fibre, la lumière ou le rayon limuneux se propage sous forme de signal sinusoïdal. Elle a une portée environ de 5 Km avec un débit maximal de 1 Gbit/s. Le coeur a un diamètre compris entre 50 et 100 µm.

Fibre multimode à saut d'indice

Avec un débit maximal de 100 Mbit/s, la fibre optique multimode à saut d'indice est utilisé dans les réseaux locaux de type LAN. Dans ce type de fibre, la lumière ou le rayon limuneux se propage en "dent de scie". Le coeur a un diamètre environ 200 µm.

Le raccordement des fibres optiques

Dans l'établissement d'une liaison parfibre optique on est contraint de relier :

. La source émettrice à la fibre optique.

. Les fibres optiques entre-elles

. La fibre optique au récepteur optique.

Ondistingue 3 méthodes de raccordement des fibres optiques

Jointage consiste à souder deux fibres entre-elles, par fusion, en utilisant une fusionneuse d’affaiblissement maximal de 0,15dB.

Epissurage consiste à assembler deux fibres, et de coller le tout par une colle spéciale de même indice optique que les fibres à raccorder (affaiblissement 0,3dB maxi).

Connexionamovible consiste à utiliser deux pièces mécaniques qui s'emboîtent ou se vissent pour amener les deux fibres en vis-à-vis.

Les types de connecteurs de la fibre optique

Il existe plusieurs types de connecteurs de la fibre optique

Le connecteur ST
il utilise un système de verrouillage à baïonnette. C'est le connecteur le plus courant. Sa férule en céramique garantit de hautes performances.

Le connecteur SC
Il possède un corps surmoulé et un système de verrouillage à pousser et tirer. Il est parfait pour les applications de bureau, la télévision par câble et la téléphonie.

Le connecteur FDDI
Il présente une férule flottante en céramique de 2,5mm et une jupe fixe afin de réduire les pertes lumineuses. Un capot fixe entoure la férule pour la protéger.

Les avantages et inconvénients de la fibre optique

Avantages
La fibre optique présente de nombreux avantages comparativement aux téchnologies xDSL ou les réseaux en cuivre. Elle offre des débits très élevés pouvant aller jusqu'à 10 Gbit/s (des vitesses de transmission de données beaucoup plus élevées que le câble en cuivre) et des coûts relativement acceptables. Les pertes de signaux de la fibre optique pendant la transmission sont très faibles par rapport aux câbles en cuivre. La bande passante est quasi-illimitée en monomode et la fibre est insensible aux perturbations électromagnétiques.
Elle fournit une meilleure sécurité car il est très difficile d'intercepter les données qui transitent sur la boucle locale.

Inconvénients
La fibre optique est plus fragile comparée aux câbles en cuivre.
Avec un diamètre de 250 µm, la fibre optique est facilement cassable ou emdommageable.
Elle demande beaucoup de délicatesse lors de son installation.
L'utilisation de la fibre optique reste au sol car il n'est pas favorable de l'installer sur des poteaux téléphoniques.
Le déploiement des répéteurs dans la fibre pour amplifier le signal.