Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

LA FIBRE OPTIQUE FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES APPLIQUEES COURS DE CIRCU

LA FIBRE OPTIQUE FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES APPLIQUEES COURS DE CIRCUITS ELECTRONIQUES ET MICROELECTRONIQUE Présenté par Gratien NIYITEGEKA Tech 2 Génie Electrique Plan Introduction Caractéristiques de la fibre optique Description et fonctionnement Système de transmission Le multiplexage WDM (Wavelength Division Multiplexing) Le routage dans le réseau optique Conclusion Introduction De nos jours, les réseaux ont une très grande importance dans notre utilisation quotidienne de l’informatique. Que ce soit pour le travail ou le loisir, le réseau permet l’échange d’informations vitales dans notre société de communication actuelle. La course aux débits est le moteur d’une dynamique inaltérable. L’apparition de nouvelles technologies permettant des débits toujours plus élevés entraîne l’élaboration et la mise sur le marché d’applications toujours plus gourmandes en ressources. La fibre optique s’inscrit dans cette mouvance et apporte des améliorations considérables en terme de débits, mais pas uniquement. En effet la fibre optique est plus fiable, plus performante et a un coût de revient moindre que les câbles cuivrés. Caractéristiques de la fibre optique Les principaux paramètres qui caractérisent les fibres optiques utilisées pour les transmissions sont les suivants : Atténuation L’atténuation caractérise l’affaiblissement du signal au cours de la propagation. Soient P0 et Pl les puissances à l’entrée et à la sortie d’une fibre de longueur L. L’atténuation linéaire se traduit alors par une décroissance exponentielle de la puissance en fonction de la longueur de fibre (Loi de Beer-Lambert) : où α est le coefficient d’atténuation linéaire. Dispersion chromatique La dispersion chromatique caractérise l'étalement du signal lié à sa largeur spectrale (deux longueurs d'ondes différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse). Non-linéarité Un canal de transmission est dit non linéaire lorsque sa fonction de transfert dépend du signal d’entrée. L'effet Kerr, la diffusion Raman et l'effet Brillouin sont les principales sources de non linéarité dans les fibres optiques. Parmi les conséquences de ces effets non- linéaires, on peut citer l'automodulation de phase, des mélanges à quatre ondes intra- et inter-canaux. Dispersion modale de polarisation (PMD) La dispersion modale de polarisation (PMD) est exprimée en ps/km½ et caractérise l'étalement du signal. Ce phénomène est dû à des défauts dans la géométrie des fibres optiques qui entraînent une différence de vitesse de groupe entre les modes se propageant sur différents axes de polarisation de la fibre. Longueur d'onde de coupure et fréquence normalisée La longueur d'onde de coupure est la longueur d'onde en dessous de laquelle la fibre n'est plus monomode. Description et fonctionnement Une fibre optique est un fil ou un cylindre en verre ou en plastique très fin, quelques micromètres, qui a la propriété d'être un conducteur de la lumière et sert dans la transmission de données. Il existe plusieurs types de fibres mais tous sont constitués de la même façon : un cœur (core) et une gaine (cladding). Les signaux lumineux vont transiter dans le cœur, tandis que la gaine va empêcher qu’ils ne s’échappent de la fibre. Pour ce faire, le cœur et la gaine sont fabriqués de telle sorte qu’ ils disposent d’indices de réfraction différents. L’indice de réfraction d’un matériau correspond au rapport n=c/v où c est la vitesse de la lumière dans le vide et v est la vitesse de la lumière dans le matériau étudié. L'indice de réfraction d'un matériau (le cœur ou la gaine) peut être ajusté précisément grâce à l'adjonction de dopants dans le verre. Une fibre optique est souvent décrite par deux paramètres : la différence d'indice normalisé, qui donne une mesure du saut d'indice entre le cœur et la gaine : où nc est l'indice de réfraction du cœur, et ng celui de la gaine. l'ouverture numérique de la fibre (numerical aperture), qui est concrètement le sinus de l'angle d'entrée maximal de la lumière dans la fibre pour que la lumière puisse être guidée sans perte, mesuré par rapport à l'axe de la fibre. L’ouverture numérique est égale à: Types de fibres optiques Il existe trois types de fibres optiques qui se distinguent par la façon dont le signal lumineux se propage dans le cœur : La fibre multimode à saut d’indice : le diamètre du cœur est d’environ 200 micromètres pour un diamètre total de la fibre (cœur+gaine) de 380 micromètres. Le saut d’indice signifie que la différence entre l’indice de réfraction du cœur et celui de la gaine est assez importante et constitue de ce fait un palier. De cette façon, lorsque le signal rencontre la gaine, il est brusquement réfléchi. Ce type de propagation entraîne une déformation importante du signal. La fibre multimode à gradient d’indice : le diamètre du cœur est de 50 à 100 micromètres pour un diamètre total de la fibre de 125 micromètres. Le cœur est constitué de plusieurs couches de verre ayant chacune un indice de réfraction légèrement différent de la précédente. Ainsi, le rayon lumineux n’est pas brusquement réfléchi lorsqu’il rencontre la gaine, mais sa trajectoire est déviée progressivement à chaque fois qu’ il traverse une nouvelle couche. Ceci permet de diminuer la déformation du signal. La fibre monomode : le cœur mesure moins de 10 micromètres pour un diamètre total de 125 micromètres. Le fait que le cœur soit si fin va obliger le signal lumineux à se propager en ligne droite. De ce fait, il ne rencontre pas la gaine et n’est donc pas perturbé. La déformation du signal dans ce type de fibre est quasi inexistante. Le système de transmission Tout système de transmission d’information possède un émetteur et un récepteur. Pour un lien optique, deux fibres sont nécessaires. L’une gère l’émission, l’autre la réception. Il est aussi possible de gérer émission et réception sur un seul brin mais cette technologie est plus rarement utilisée car l’équipement de transmission est plus onéreux. Le transpondeur (tranceiver) optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques véhiculés au cœur de la fibre. A l’intérieur des deux transpondeurs (tranceivers) partenaires, les signaux électriques sont traduits en impulsions optiques par une LED et lus par un phototransistor ou une photodiode. Les émetteurs utilisés sont de trois types: les LED : Light Emitting Diode (ou diode électroluminescente) qui fonctionnent dans le rouge visible (850 nm), les LASERs, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d’onde est 1310 ou 1550 nm, les diodes à infrarouge qui émettent dans l’infrarouge à 1300 nm. Les récepteurs sont : les photodiodes PIN, les plus utilisées car elles sont peu coûteuses et simples à utiliser avec une performance satisfaisante, les photodiodes à avalanche. Pour tous les types de détecteurs optiques, le principe de fonctionnement est le même : l’effet photoélectrique. L’atténuation et la déformation du signal sont des conséquences directes de la longueur du canal de transmission. Afin de conserver le signal optique de la source, les systèmes de transmission optique utilisent trois types d’amplificateurs : "Regeneration" (amplification seule), "Regeneration-Reshaping" (amplification et remise en forme), "Regeneration-Reshaping-Retiming" (amplification, remise en forme et synchronisation). Le multiplexage WDM Principe Le multiplexage WDM (multiplexage à répartition de longueur d'onde) repose sur une propriété physique de la lumière. En effet, tout comme les signaux électriques se propagent avec une fréquence propre, les signaux lumineux possèdent une longueur d'onde. Partant de ce constat, il paraît naturel que le multiplexage FDM (Frequency Division Multiplexing) utilisé sur les réseaux électriques ait son homologue pour les réseaux optiques. Ainsi, plutôt que de transmettre de l'information sur une seule longueur d'onde, on va utiliser plusieurs longueurs d'onde, et multiplier d'autant le débit de la liaison. De cette façon, on peut aisément augmenter le débit de transmission d'une fibre sans avoir à la remplacer par une autre. Il suffit simplement de disposer d'émetteurs/récepteurs capables de distinguer les différentes longueurs d'onde utilisées. Ainsi un émetteur pourra multiplexer plusieurs canaux en affectant à chacun une longueur d'onde. Le signal lumineux composé de toutes ces longueurs d'onde va transiter sur la fibre, et le récepteur n'aura qu'à démultiplexer le signal pour obtenir les différents canaux de départ. La norme internationale IUT-T G692 autorise l'utilisation de longueurs d'onde comprises entre 1530 et 1565 nanomètres. Le multiplexage WDM est caractérisé par l'intervalle minimum entre deux longueurs d'onde utilisables. Cet intervalle peut être exprimé en nanomètres ou en gigahertz. Si cet intervalle est inférieur ou égal à 0,8 nanomètres (soit 100 GHz) on parle alors de multiplexage DWDM (Dense WDM). Des tests ont même été effectués avec des intervalles de 0,4 et 0,2 nanomètres. On parle alors de U-DWDM pour Ultra- Dense WDM. L'utilisation de 32 longueurs d'onde différentes sur une fibre à 10 gigabits par secondes permet donc d'atteindre assez facilement un débit de 320 gigabits. Prochainement, lorsque 160 longueurs d'onde pourront être utilisées, la même fibre à 10 gigabits par secondes pourra fournir un débit de 1,6 térabits par secondes. Il existe une autre forme de multiplexage WDM, moins performante, le CWDM (Coarse WDM qui signifie WDM grossier). La norme ITU-T G694.2 permet au CWDM d'utiliser des longueurs d'onde comprises entre 1270 et 1610 nanomètres, respectivement espacées de 20 nanomètres. Dix-huit canaux au maximum sont utilisables, mais en général les équipements émettent sur uploads/Ingenierie_Lourd/ fibre-optique-presentation.pdf