les fibres optiques

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LES FIBRES OPTIQUES. Pierre LECOY Professeur ECP /ENSEA Option ESE 2009. FIBRES OPTIQUES. 0,2 dB/km. Porte > 100 km. Avantages des fibres optiques :. Performances de transmission : trs faible attnuation trs grande bande passante multiplexage en longueur donde possible. - PowerPoint PPT Presentation

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  • LES FIBRES OPTIQUESPierre LECOYProfesseur ECP /ENSEA

    Option ESE 2009

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUESAvantages des fibres optiques : Performances de transmission : trs faible attnuationtrs grande bande passantemultiplexage en longueur donde possible Avantages de mise en oeuvre :faible poids, trs petite taille, grande souplessescurit lectrique (isolation) et lectromagntique Avantage conomique :cot global du systme souvent infrieur celui d'un systme sur cuivre0,2 dB/kmPorte > 100 km10/40 Gbit/s par lPlusieurs Tbit/s !Insensible aux perturbationsScurit des informations

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUESDomaines dutilisation :Insensibilit aux perturbations Tlcommunications et rseaux : Liaisons longue distance, terrestres et sous-marines (WAN)Rseaux mtropolitains (MAN)Rseaux locaux informatiques (LAN)Rseaux daccs des abonns Capteurs et instrumentation optique Transport de lumireMarch fortement cycliqueToujours en croissanceRedmarrage du march(FTTH)clairage, visualisation, faisceaux laser Liaisons industrielles et embarques :contrle, video, bus de terrain interconnexions dans une carte ou une puce

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUESElments dun systme sur fibres optiques :

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MULTIMODESA saut dindice (step index) :

    revtementForte diffrence de temps de propagation

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MULTIMODESA gradient dindice (graded index) :Faible diffrence de temps de propagation

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MULTIMODES

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MULTIMODESRponse impulsionnelle h(t) :Effet de la dispersion intermodale

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MULTIMODESRponse frquentielle : Bande passante :BP 1/2Dt

    en MHz.km

    le produit longueur x bande passante est constant approximativement

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MONOMODESCondition de propagation monomode :V (frquence rduite) = < 2,4 il faut donc :un petit diamtre de cur (typ. moins de 10 m) une faible diffrence dindice (typ. moins de 0,5%) l > lc longueur donde de coupure Avantages : - pas de dispersion intermodaleApplications en instrumentationtrs grande bande passante trs hauts dbitsCe nest pas la fibre qui est chre !mais pas infinie (dispersions chromatique et de polarisation)- conservation de la cohrence de la lumire

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MONOMODESCaractristiques :Divergence du faisceau en sortie : q0 = l/pw0Profil saut dindice(fibre standard)

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FIBRES OPTIQUES MONOMODESDispersion chromatique :entrane un largissement dimpulsion :Dtc = Dc. Dl.LDfauts de la fibre + birfringence induite (contraintes )ps/nm/kmps/kmCaractre alatoire

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • DISPERSION CHROMATIQUECourbe dans la silice : Dc = DM + DG

    Adapte au WDM(mux. en longueur donde)+ compensation optique de la dispersionDispersion guide < 0 dpend des paramtres de la fibre

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • ATTENUATIONAttnuation intrinsque des fibres de silice :Diffusion RayleighPic OH1re 2me 3me fentreAbsorption infrarouge

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • PERTES EXTRINSEQUESFuite de lumire .par courbureou microcourbures

    aux raccordementsQuelques applications :Capteurs mcaniques Pinces de contrle de trafic rduites par le choix de la fibre (forte ON) la structure du cble la prcision des connecteurs

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FENETRES DE TRANSMISSIONsur fibres optiques de silice :

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • FENETRES DE TRANSMISSIONFTTH

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • PRINCIPAUX TYPES DE FIBRES

    MatriauPlastiqueToute silice (cur dop au GeO2)TypeMultimode saut dindiceMultimode gradient dindiceMonomode standardMonomode disp. dcaleDiamtrescur / gaine (mm)980/100050/12562,5/1259/1257/125Longueurs dondeet attnuationVisible200 dB/km0,85 m 1,3 m3 dB/km 0,9 dB/km1,3 1,55 m0,5 0,2 dB/km1,5 1,6 m0,22 dB/kmDbits typ.et distances10 100 Mb/s100 m100 Mb/s /5 km1 Gb/s /400 m100 Mb/s 2 km1 10 Gbit/s20 50 kmn x 10 Gbit/smilliers de kmMise en uvrepb. particuliersFacile tempratureAssez facilePlus dlicateraccordementsCot globalFaible Assez faiblePlus lev (interfaces, connecteurs)ApplicationsprincipalesEclairage, visualisation,trans. donnes trs courte distanceDistribution, LANs hauts dbits(GE courte distance)LANs tous dbitsLANs trs hauts dbits,MANs,FTTH/PON,moyennes dist.Liaisons trs longues (avec amplificateurs et WDM)

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  • CABLES A FIBRES OPTIQUES

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  • CONNECTEURS OPTIQUESGrande varit !

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  • COMPOSANTSDES SYSTEMES SUR FIBRES OPTIQUES

    TypeTechnologieOptiquepassifOptiqueactifOptique non rciproqueOpto-lectroniqueVerres(fibres assemblesou substrats de verre)CoupleursFiltresAttnuateursMultiplexeursCommutateurs (lents)Amplificateurs fibres ou verres dopsCristauxde type LiNbO3id.ModulateursCommutateursIsolateursSemi-conducteursIII V ou Siid.id.Amplificateurs s-cEmetteursRcepteurs

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • COUPLEURSCoupleur en XCoupleur en Y partage de la puissance en 2 parts, gales ou non (splitter)-3dB

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • COUPLEUR EN ETOILE fibres torsades et fusionnesperte : 10 log n(thorique)+ perte en excs

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR DONDEDiffrents types : deux voies (ou deux fentres) ;peu slectifIntrts : - augmente la capacit des liaisons (mme dj installes) - permet des rseaux multiterminaux plusieurs voies proches :DWDM, Dense Wavelength Division MultiplexingCWDM, Coarse Wavelength Division Multiplexing

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • MULTIPLEXEUR EN LONGUEUR DONDEde type : deux voies,technologie filtres dichroques

    entre deux fentres de transmission Permet le multiplexage de signaux en sens identiques ou opposs

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • MULTIPLEXEUR EN LONGUEUR DONDEPrincipe du rseau de diffraction (grating) diffraction par une surface grave + interfrencesVers fibres accs slectifApplications : (d)multiplexeurs en l analyse spectrale

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • RESEAUX DE BRAGGBragg gratingsPrincipe des rseaux de Bragg photoinscrits :une seule longueur donde est rflchie:celle pour laquelle il y a accord de phaseentre les rflexions lmentaires : l = L.2n Applications : filtres, (d)multiplexeurs, capteurs dallongement

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • MULTIPLEXEUR DINSERTION- EXTRACTIONOADM, Optical Add-Drop Multiplexer permet dextraire un signal, et den insrer un autre sa placesans dmultiplexer lensemble

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • MODULATEUR OPTIQUE Interfromtre de Mach Zehnder : utilisation de leffet lectro-optique en optique intgreApplications : Modulation tout ou rien Modulation analogique (en cos2f) Modulation de phase 2 tatsavec f = p (formats duobinaire ou DPSK)Le champ modifie lindice, donc la phase

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  • MODULATEUR OPTIQUE pour modulation externencessaire trs haut dbit plus bas dbit, la modulation interne est possible, et plus conomique

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  • COMMUTATEURS OPTIQUESTechnologies :

    RapiditEncombrementconsommationCapacit ApplicationsMcanique100 msimportantfaibleFaibleScurisationde rseauxMicromcanique (MEMS)msfaiblemoyenneEleveBrasseurs(matrices)Optique intgre(acousto- ou electro-optique)s nsimportantleveAssezfaibleCommutation temporelle3D(ex. holographiques)ms / smoyenfaible (LCD)TrsleveBrasseurs(matrices)

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  • COMMUTATEUR OPTIQUEswitch deux voiesDoc. DICON

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  • COMMUTATEUR OPTIQUEMatrices de commutation micromiroirsExemple de ralisation en MOEMS(Micro Optical Electrical Mechanical Structure) ; Lucent, 2000

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  • MATERIAUX ELECTROLUMINESCENTSSemi-conducteurs III-V :GaAs 1re fentre infrarouge (l = 900 nm)Ga1-x Alx Asentre 700 et 900 nm en fonction (dcroissante) de xGa1-x Inx Asy P1-y 2me ou 3me fentre infrarouge (l = 1200 1600 nm en fonction croissante de x et y)Ga1-x Inx Asy Sb1-yautour de 2,5 mGa Asx P1-xdu jaune au rougeGaPvert (l = 565 nm) GaAlP rouge haut rendementGaN/InGaNbleu (l = 440 nm)lecture de disques optiques, visualisation DEL blanches : par phosphorescence dun matriau excit dans le bleu

    IIIIVVBCNAlSiPGaGeAsInSnSb

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  • EMETTEURSDiodes lectro-luminescentes :Principe de lhtrojonction

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • DIODES LASERStructure Fabry ProtAmplificationsi J > Jth+ rsonancepour lp = 2Ln/p Courant suprieur un seuilSpectre multimode (large)

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • EMETTEURSDiodes laser : structure DFB(distributed feed-back)Rflexion distribuedune seule longueur dondel = 2L.nSpectre monomode (troit)Composant coteux !

    Pierre LECOY - Fibres optiques ESE

  • EMETTEURSDiodes laser : structure VCSELComposant de hautes performances mais conomique fabriquerApplications 850 nm : courte distance et (trs) hauts dbits (10 Gbit/s)lecture optique, impression ..Test possible sur wafer(

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