Effets linéaires

2.1.1. Atténuation

L’atténuation correspond à une diminution de la puissance du signal transmis. En effet ; le niveau de puissance d’un signal qui se propage dans une fibre optique, s’affaiblit exponentiellement en fonction de la distance de propagation. L’atténuation s’exprime souvent en décibels par Kilomètre et est donnée par l’expression suivante :

Où P0 est la puissance injectée en entrée, P la puissance mesurée en sortie et L la longueur de la fibre optique.

La distance maximale entre l’émetteur et le récepteur (ou bien entre les amplificateurs) dépend fortement de la constante A et de la puissance optique transmise par l’émetteur. [1]

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Figure-5- Pertes linéiques en fonction de la longueur d’onde.

Un minimum est observé autour de 1550 nm. A cette longueur d’onde les pertes de la fibre peuvent atteindre des valeurs inférieures à 0.2 dB/Km. A titre de comparaison les atténuations des câbles électriques sont de l’ordre de 100 à 1000 dB/Km.

L’atténuation dans la fibre optique a plusieurs origines ; la figure ci-dessous présente les différentes contraintes mécaniques et technologiques qui peuvent affecter les pertes des fibres optiques.

Figure - 6- Schéma récapitulatif des différents types de pertes dans une fibre optique.

- L’absorption

Les phénomènes mis en jeu ici sont régis par les lois des échanges d’énergie au niveau des atomes constituant le matériau de la fibre (absorption intrinsèque) ou

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ceux constituant les impuretés de ce matériau, comme les ions hydroxydes OH -(absorption extrinsèque).

- La diffusion

o Diffusion de Rayleigh : tout milieu diffuse de la lumière. Cette diffusion est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de la longueur d’onde (1/λ4). Elle se traduit par la propagation d’une partie de l’énergie incidente dans toutes les directions de l’espace.

Figure -7- Diffusion de Rayleigh.

o Il existe un autre type de diffusion, dit diffusion extrinsèque qui est provoquée par les imperfections dans la structure de la fibre. cette diffusion ne dépend pas de la longueur d’onde et peut être réduite au minimum en améliorant les

techniques de fabrication.

- Courbures et micro courbures : la courbure est une déformation de l’axe, une micro courbure est une déformation plus localisée. Toute courbure à petit rayon géométrique crée des pertes par rayonnement.

- Pertes par couplage : lors de l’injection dans la fibre optique, l’intégralité du rayonnement incident ne rentre pas dans le cœur ou ne se propage pas dans la fibre.

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- Pertes de connectique : lorsqu’on raccorde bout à bout deux fibres optiques on voit apparaitre des pertes ponctuelles ; ces pertes sont dues à une séparation longitudinale, un désalignement radial, un désalignement angulaire, une excentricité des cœurs ou une ellipticité des cœurs comme le montre la figure ci-dessous.

Figure -8- Pertes de connectique.

En superposant ces atténuations, trois fenêtres spectrales avec une atténuation assez faible apparaissent :

- La fenêtre à 0.8 µm, la première utilisée historiquement, correspond à une atténuation de 2.5 dB/km.

- La fenêtre à 1.3 µm correspond à une atténuation de 0.7 dB/km en moyenne. Elle est utilisée pour les systèmes de télécommunications de courte distance (quelques dizaines de kilomètres) ou faible capacité tels que les réseaux urbains.

- La fenêtre à 1.5 µm correspond à une atténuation de 0.2 dB/km. Elle est très intéressante pour les applications à très longue distance.

2.1.2. La dispersion

Lorsqu’une impulsion se propage en régime linéaire dans une fibre optique, elle subit un phénomène de dispersion qui se traduit par un étalement temporel de celle-ci.

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Il existe plusieurs types de dispersion, contribuant tous à l’étalement de l’impulsion au cours de sa propagation dans la fibre : dispersion modale ; déjà citée précédemment, dispersion chromatique et dispersion de polarisation.

La dispersion modale ou intermodale est la principale cause de dispersion dans les

fibres multimodes, elle limite la distance de propagation et le débit avec lequel on peut transmettre l’information. [4] Elle provient principalement de la différence de temps de parcours des différents modes dans la fibre en fonction des chemins parcourus.

La dispersion chromatique est due à la variation de la vitesse de propagation des

différentes composantes spectrales du signal de transmission, en fait, chaque impulsion de lumière est faite d’un nombre fini de longueurs d’onde qui se propagent de façon différente, donc la dispersion chromatique provient de la variation de l’indice de réfraction avec la longueur d’onde.

La dispersion chromatique résulte de la somme deux effets : la dispersion propre au matériau et la dispersion du guide. Cette dernière provient de l’évolution de la constante de propagation des modes, rapportée à l’indice de réfraction, suivant les valeurs de la fréquence optique de la porteuse du signal. [4]

Elle limite la distance sur laquelle un signal peut être transmis sans régénération électronique du signal d’origine. Cette distance appelée limite de dispersion est donnée par la relation suivante :

L

≈

𝟐 𝑩𝑫∆𝛌

Où B représente le débit de transmission. Par conséquent, la dispersion chromatique limite également le débit d’une liaison optique.

La dispersion modale de polarisation (PMD) est une dispersion modale pour

laquelle deux modes de polarisation orthogonaux de la lumière à la même longueur d’onde se propagent à des vitesses différentes en raison de la biréfringence de la fibre, provoquant également un élargissement des impulsions lumineuses. [5]

La PMD se traduit par une gigue temporelle dont les effets sur le récepteur vont être d’autant plus pénalisants que le débit est élevé.