Micro Systèmes n°20 nov/déc 1981
Micro Systèmes n°20 nov/déc 1981
  • Prix facial : 18 F

  • Parution : n°20 de nov/déc 1981

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : Société Parisienne d'Edition

  • Format : (213 x 271) mm

  • Nombre de pages : 232

  • Taille du fichier PDF : 177 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur les fibres optiques.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Les pertes de transmission sont dues aux impuretés contenues dans la fibre... Etude entre les modes d'ordres supérieurs et inférieurs sera plus faible que dans les fibres à saut d'indice. Les fibres à gradient d'indice sont chères et présentent des pertes de couplage supérieures à celles des fibres à saut d'indice. Elles sont toutefois utilisées pour les distances de plusieurs kilomètres ou pour transmettre des signaux dont la fréquence dépasse 50 MHz. Pour les distances plus courtes, il existe toute une gamme de fibres à saut d'indice. Temps de montée La bande passante d'une fibre optique est limitée d'une part par la dispersion due au matériau et d'autre part par celle due aux modes. Tous deux ont une influence directe sur la vitesse de transmission de la lumière dans le coeur, vitesse inversement proportionnelle à l'indice de réfraction du matériau. Etant donné que cet indice varie en fonction de la longueur d'onde de la source, les longueurs d'onde pour lesquelles l'indice est le plus faible se propagent plus vite que celles pour lesquelles l'indice est le plus fort. En conséquence, toutes les fréquences émises simultanément par la source n'arriveront pas ensemble à la sortie et il s'ensuivra une dispersion due au temps de transit. La dispersion due au matériau peut être réduite en utilisant une source à bande étroite comme les lasers, ou des fibres d'indice constant sur tout le spectre de la source. Les rayons parallèles à l'axe de la fibre parcourent une distance plus faible que les rayons non parallèles. Ceux qui se propagent dans les modes d'ordres supérieurs, auront un temps de transit supérieur à ceux des modes d'ordres inférieurs. Il s'ensuivra que les rayons émis simultanément arriveront à l'extrémité de la fibre en ordre dispersé. Cette dispersion, appelée dispersion modale, ne peut être réduite qu'en diminuant l'ouverture numérique pour ne permettre la transmission que des modes d'ordres inférieurs. Les pertes de transmission Les modes normaux subissent des pertes de transmission. Ces dernières sont dues aux impuretés contenues dans la fibre, à l'absorption moléculaire, aux irrégularités de l'interface gaine-coeur ainsi qu'aux microcourbures structurelles de la fibre. Les deux premiers types de pertes dépendent du chemin parcouru par les rayons, le troisième du nombre de réflexions qu'ils subissent. Il est clair, en regardant la figure 3, que les modes d'ordres supérieurs parcourent un plus long chemin et subissent plus de réflexions que les modes d'ordres inférieurs, et ont donc de plus fortes pertes. Pour cette raison, les fibres à grande ON ont de fortes pertes ; par contre, elles présentent des pertes de couplage moins importantes. Les pertes de transmission sont exponentielles et, par conséquent, exprimées en dB/km. Les pertes de couplage entre fibres ou entre fibres et système sont essentiellement dues à trois grandes causes  : • le rapport entre les ouvertures numériques,• le rapport entre les surfaces des fenêtres optiques en vis-à-vis,• les pertes de Fresnel (réflexion). Cependant, le mauvais alignement, l'espace entre fibres et les points de raccordements sont également à prendre en compte. Pertes dues aux ouvertures numériques Les pertes relatives à l'ouverture numérique (ON) peuvent être négligées lorsque l'ouverture numérique de la partie réceptrice (fibre ou récepteur) est supérieure à celle de la source (fibre ou émetteur). Pertes ON (dB) ON de la source = 20 log ON du récepteur Le rapport entre les ON peut être également négligé lorsque la surface de la fenêtre du récepteur est supérieure à celle de l'émetteur. Pertes relatives au rapport des surfaces Elles s'expriment par la relation  : Diamètre de la source (dB) = 20'°g Diamètre du récepteur Pour appliquer l'équation à une fibre unique, il faut faire intervenir la surface du coeur. Si le récepteur se trouve face à un faisceau de fibres, il faut tenir compte des pertes dues au foisonnement des fibres, même si sa surface est supérieure à celle de la source. On obtient la perte par ce que les Anglo-Saxons appellent le « Packing Fraction » (PF). Pertes par PF (dB) = 10 log Section active Section apparente La section active étant la somme de la surface de chaque fibre et, la section apparente, celle du faisceau. Pertes de Fresnel Les pertes de Fresnel sont dues au passage d'un milieu d'indice donné à un autre, d'indice différent. Une partie du rayonnement est réfléchie, une autre est transmise ; cette dernière est définie par la transmittance T. Les pertes ont pour valeur  : Pertes de Fresnel (dB) = 10 log3 = 10 log 2 + n + —Yn nx avec nx = indice de réfraction du milieu x n r = indice de réfraction du milieu y. Cette équation montre que les pertes sont identiques dans les deux directions. Si deux fibres en regard sont séparées par une lame d'air (nx = 1 (air) et ny = 1,49 (coeur de la fibre)), les pertes de Fresnel sont de 0,17 dB, mais comme il y a passage « fibre-air » puis « air-fibre », la perte de couplage totale est de 0,34 dB. Si la liaison compte plusieurs raccordements de ce genre, les pertes peuvent atteindre des valeurs importantes, que l'on peut 80 — MICRO-SYSTEMES Novembre-Décembre 1981
Les fibres optiques Etude réduire en utilisant, par exemple, un produit à base de silicone pour éliminer la lame d'air. On admet pourtant de telles pertes lorsque des lames d'air sont délibérément conservées entre surfaces en regard pour éviter la détérioration de celles-ci et améliorer les tolérances d'alignement des connecteurs. L'usage d'un produit de couplage est surtout intéressant à l'interface fibre-diode électroluminescente ou fibre-source d'infrarouge. Ces sources sont fabriquées à partir d'arsénium de gallium (AsGa) ou d'une substance similaire dont l'indice de réfraction est de 3,6. Avec un tel indice, une colle époxy peut réduire les pertes de 1 dB environ. Si les dimensions de la diode sont inférieures à celles de la fibre, il est intéressant de l'équiper d'une lentille et, si c'est l'inverse, de placer la lentille sur la fibre. La transmission des données Les informations numériques sont codées et modulent un « émetteur » optique destiné à engendrer une lumière cohérente (laser) ou non (LED). Dans le cas d'une source « laser », la puissance optique transmise peut atteindre 10 mW (contre 1 mW pour une LED) sous une bande passante très étroite en raison de la cohérence du faisceau. A la réception, les informations sont traduites sous forme électrique, le plus souvent grâce à une photodiode, avant d'être décodées puis amplifiées. Pour simplifier la mise en oeuvre de tels dispositifs pour lesquels les connexions mécaniques sont délicates, les constructeurs ont développé de véritables modules intégrés (les circuits intégrés optiques) comportant l'amplificateur, le codeur ou décodeur et, bien sûr, l'élément optique luimême (diode ou photodiode). Les schémas électriques de tels modules sont présentés figures 7 a et b. Novembre-Décembre 1981 hg. 6. Libre a ih d'indice. P,airrcdwrc lés pertes dans la gaine les constructeurs ont mis au point des fibres a indice de réfraction• variable ». Celui-ci diminue régulièrement entre l'axe et la gaine, ce qui « force les rayons à changer de direction moins brusquement. D'autre part. les écarts de temps de transmission sont réduits par rapport aux fibres à saut d'indice. En effet, les modes « supérieurs » Ont un chemin plus long mais une vitesse plus élevée que les modes• inférieurs » Fig. 7. a) I e bloc « émetteur• HFBR 1001 (Hewlett-Packard). b) Le bloc• récepteur• HFBR 2001 (Hewlett-Packard). Ces émetteurs et n'c'erocon, monobloc'rai !, , rtE-u7r//:ans numérioneç n7r r ; hrc ne mesurent +vcc. Sélect de mode Entrée données (TT2) 271(11 HFBR 1001 I LED• GENERATEUR• OPTIQUE u Sortie fibre optique T 3 a) r I HFBR I 2 0 01 I Décodeur PIN Entrée fibre otique 1 é AMPLI. ET DECODEUR 13011 + vcc Monder, Sorbe données (TTL) 25/(1-1 (18) Point de test b) MICRO-SYSTEMES — 81



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