For FibreOptique

7/28/2019 For FibreOptique

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Fibre Optique

Formation


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Gnralits sur l'optiqueNotions lmentaires sur la F.O.

DWDM

Aspect matriel


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Pourquoi la fibre Optique ?

Des transmissions multiservices toujours croissantes

L'avnement du rseau "tout optique" pour remplacer les rseaux

numriques dploys (PDH vers 1980 puis SDH ds 1990)

L'atout de la lumire guide

L'immunit aux interfrences externes

Objectifs


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Comparaison avec les autres mdia

Pairestorsades Cble coaxial

Fibreoptique

Cot Bas Moyen Assez lev

Bande passante Moyenne Large Trs largeLongueur maximale Moyenne Eleve Eleve

Immunit aux interfrences Basse moyenne Moyenne leve Trs leve

Facilit de connexion Simple Variable Difficile

Facilit d'installation Variable Variable DifficileFiabilit Bonne Bonne Trs bonne


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Spectre disponible

Laquantit d'informations susceptible d'tre transporte estproportionnelle la frquence de l'onde porteuse :

Lm = Cm/s / FHz avec C = 3 108VLF ( Very Low Frequency ) de 3 30 kHz de 10 100 km

LF ( Low Frequency ) de 30 300 kHz de 1 10 km

MF ( Medium Frequency ) de 300 3000 kHz de 100 1000 mHF ( High Frequency ) de 3 30 MHz de 10 100 m

VHF ( Very High Frequency ) de 30 300 MHz de 1 10 m

UHF ( Ultra High Frequency ) de 300 3000 MHz de 1 10 dm

SHF ( Super High Frequency ) de 3 30 GHz de 1 10 cm

EHF ( Extra High Frequency ) de 30 300 GHz de 1 10 mm

Lumire infra-rouge de 100 1,6 m

Lumire visible de 1,55 0,8 m


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Spectre disponible100

Hz

1

kHz

10

kHz

100

kHz

1

MHz

10

MHz

100

MHz

1

GHz

10

GHz

100

GHz

1

THz

10

THz

100

THzVLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

km hm dam m dm cm mm m

F.V. Infra-rouge U.V.


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER


Hz

1

kHz

10

kHz

100

kHz

1

MHz

10

MHz

100

MHz

1

GHz

10

GHz

100

GHz

1

THz

10

THz

100



F.V. Infra-rouge

Modedepropagation Onde de sol

Rflexion ionosphrique

Rfraction troposphrique

Dispersion troposphrique

Visibilit directe

U.V.


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER


Hz

1

kHz

10

kHz

100

kHz

1

MHz

10

MHz

100

MHz

1

GHz

10

GHz

100

GHz

1

THz

10

THz

100



F.V. Infra-rouge

R

adiodiffusion

sonore

Ondes longues (OL) 150 285 kHz

Tlvision (bande I, III, IV et V)

Ondes moyennes (OM) 0,525 1,6 MHz

Ondes courtes (OC) 4 26 MHz

Ondes ultra-courtes (OUC) 87,5 108 MHz

Radiodiffusionvisuelle 41/68, 174/216, 470/605, 606/960 MHz

U.V.


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER


Hz

1

kHz

10

kHz

100

kHz

1

MHz

10

MHz

100

MHz

1

GHz

10

GHz

100

GHz

1

THz

10

THz

100



F.V. Infra-rouge

Systmesde

tlco

mmunications

Radio communications mobiles80, 160 et 460 MHz

Faisceaux hertziens(FH) 0,25 22 GHz

Satellites 3 30 GHz

Tlgraphie et tlphonie par ondes courtes

1,6 30 MHz

U.V.


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

3 longueurs donde utilises en communications optiques

Lumire visible

l

Infra-Rouge Ultra-Violet

Longueurs d'onde utilises

800 nm 1300 nm 1550 nm

F = c / ll


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Optique "gomtrique"

Rayons lumineux rectilignes utiliss pour la description desinstruments optiques classiques (lentilles, lunettes,)

Optique "ondulatoire"

Les rayons peuvent tre perus comme des ondes lectromagntique

qui se propagent.

Concepts de l'optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Vitesse de propagation

Vitesse de propagation de la lumire dans le vide :C = 300 000 km/s (Clrit)

La vitesse de propagation de la lumire dans un milieu est :Vitesse de propagation = C / n ( n = indice de rfraction )

Les principaux indices de rfraction sont :

1 pour le vide

1,003 pour l'air

1,3 pour l'eau 1,5 pour le verre

2 pour le diamant


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CIN ST MANDRIER

L'indice absolu n1 d'un milieu est le rapport entre la vitesse de lalumire dans le vide et la vitesse de la lumire dans le milieuconsidr.

Indice optique d'un milieu

Vitesse de la lumire : c = 299792,5 km/s

1

1c

cn =


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

La rflexion

La rfraction

La diffusion

L'absorption

La diffraction

Thormes optiques


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

La Rflexion

La rflexion est le renvoi de la lumire par la surface qui la reoit :

Le rayon rflchi est dans le plan d'incidence

L'angle de rflexion est gal l'angle d'incidence

N

n1n2

Rayon rflchiRayon incident i i'

1re

loi de Descartes

O


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

La Rflexion

Fib O ti


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

La Rfraction

La rfraction est la dviation subie par les rayons lumineux latraverse de la surface sparant deux milieux transparents :

Le rayon rfract se trouve dans le plan d'incidence

L'angle de rfraction suit la loi : n1 sin i = n2 sin r

Rayon incident

2me

loi de Descartes

N

n1n2 Rayon rfract

i

r

irnn 21

Fib O ti


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Rflexion & Rfraction

Rayon incident

N

n1n2

Rayon rflchi

=

2

1arcsinn

n

i

n1 > n2

i = = angle limite de rfractioni > (effet miroir)

Rayon rfract

Fib O ti


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Partie de l'nergie lumineuse qui est absorbe par certainslments.

Elle est transforme en une autre forme d"nergie :

Vibrations molculaires

Rayonnement stimul

L'absorption

Fibre Optiq e


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

La diffusion est le renvoi de la lumire dans toutes les directions parle milieu qu'elle frappe.

La diffusion

R

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

La diffraction est l'parpillement d'un rayon lumineux traversant uneouverture de faible diamtre sur une surface finement strie.

La diffraction

thorique

rel

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER


DWDM

Aspect matriel

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Gaine

mcanique

250 mmGaine optique (n2)

125 mm

Coeur

(n1>n2)

Fibres multimode 20 100m

Fibres monomode < 10 mm

Structure d'une fibre optique

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

n1

n2

Rayon guid

N

Rayon rfract

Il existe un angle limite dinjection

Principe du guidage dans une fibre

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

n1

n2

N N

2

2

2

1sin nnON == Ouverture numrique

Cne dacceptanceL'injection dans la fibre

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Il existe deux conditions de guidage :

n1 > n2

i > rflexions totales tout au long de la fibre optique

On utilise deux types de fibre.

Conditions de guidage

10 m < Rayon de cur < 100 m

Bande passante limite 1GHz

Fibres saut ou gradient dindice

Fibre multimode

Rayon de cur trs faible

Bande passante > 1GHz

Fibres saut dindice

Fibre monomode

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Issue du caractre ondulatoire de la lumire, l'injection d'une ondelectromagntique dans la fibre optique entrane une dcomposition

de l'nergie incidente en sous entits nergtiques ou "mode" qui sepropagent diffremment.

En multimode l'nergie se rpartie sur plusieurs modes ou cheminspossibles. Les chemins tant de longueurs diffrentes, les temps de

propagation seront diffrents, ce qui limitera la bande passante.C'est la dispersion modale. Elle est ngligeable en monomode

La notion de mode

Fibre Optique
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/FO_Dipersion.ppthttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/FO_Dipersion.ppt


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

Elles sont constitues:dun cur dindice n1dune gaine dindice n2

r

n

La fibre multimode saut d'indice

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

tPulse mis

talement + attnuationt

n1

n2

Plusieurs modes de propagation

Propagation de la lumire dans la fibre

multimode saut d'indice

Fibre Optique


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Fibre Optique

CIN ST MANDRIER

r

n

Elles limitent le phnomne dlargissement dimpulsion

Fibre multimode gradient d'indice

L'indice du cur varie suivantune loi parabolique fonction de r

Fibre Optique


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p q

CIN ST MANDRIER

tAttnuation

Etalement moins important

tPulse mis

n1

n2

Plusieurs modes de propagation

Propagation de la lumire dans la fibre

multimode gradient d'indice

Fibre Optique


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p q

CIN ST MANDRIER

r

n

Le diamtre du cur

est trs petit

mm103

La fibre monomode

Elles sont constitues:dun cur dindice n1dune gaine dindice n2

Fibre Optique


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p q

CIN ST MANDRIER

tPulse mis

n1

n2

tFaible attnuationFaible talement

Propagation de la lumire dans la fibre monomode

Un seul mode de propagation

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Cest une variable utilise par les technologues, elleest donne par la relation suivante:

ON . RV .2lp=

Si V2,405 alors la fibre est MULTIMODE

La frquence normalise (V)

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Les valeurs typiques de bande passante pour une fibre de 1 kmsont:

Bande passante

100 MHz

Multimode saut d'indice

quelques GHz

Multimode gradient d'indice

> 10 GHz

Monomode

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Si on injecte une puissance lumineuse P0 alors sa dcroissancelinique est donne par la relation suivante :

Attnuation de la fibre optique

dBW)ou(W0eP

x

xP

=

attnuation linique en(dB/km)

P0

x en km

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Aujourdhui vaut typiquement 0,2dB/km, ce paramtredattnuation traduit lensemble des pertes causes par diffrentsprocessus physiques (absorptions atomique ou molculaire,diffusion,)

Typiquement en 1974 on avait =20 dB/km on a donc russi optimiser la transmission optique dans un rapport de 100 000


Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Aujourdhui vaut typiquement 0,2 dB/km, ce paramtredattnuation traduit lensemble des pertes causes par diffrentsprocessus physiques (absorptions atomique ou molculaire,diffusion,).

Typiquement en 1974 on avait = 20 dB/km on a donc russi optimiser la transmission optique dans un rapport de 100 000.

Les valeurs recommandes par la spcification G 957 de lUIT sont :

l = 1310 nm, = 0,3 0,4 dB/kml = 1550 nm, = 0,15 0,25 dB/km


Fibre Optique
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/FO_Att%C3%A9nuation.ppthttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/FO_Att%C3%A9nuation.ppt


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CIN ST MANDRIER

Conclusions

Systmes 10 Gbps sur fibres monomodes en utilisant lemultiplexage temporel (TDM).

Systmes performants puisqu'ils permettent d'atteindre 100 km sans

rgnration du signal voire plus pour certaines fibres.

Liaisons essentiellement point point.

En 1998, le dploiement de systmes 10 Gbps a dpass les$750 millions pour les Etats-Unis uniquement.

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER


DWDMAspect matriel

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Multiplexage en longueur d'onde WDM

Wavelenght Division Multiplexing (WDM) ou Multiplexage parlongueur d'onde.

Besoin d'augmenter la capacit des liaisons sans les remplacer

matriellement.

Rentabiliser l'infrastructure existante.

Optimisation de l'infrastructure dj dploye afin de vhiculer :

La multitude de nouveaux services numriques

Les services usuels dont le dbit dinformations annexes (de qualit

par exemple) augmente

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

WDM

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Sources LASER, chacune module par 1 dbit

Fibre optique

Dbit total transmis = 6 Dbit nominal

On multiplexe ainsi 6 porteuses optiquesmodules, do lappellation WDM-6

+ filtres optiques

Principe du WDM

Lentille defocalisation

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Fentre utilise

Le peigne des longueurs d'onde normalis par l'UIT-T pour lesystme WDM se trouve entre 1530 et 1565 nm, soit une fentrespectrale de 35 nm.

On partage cette fentre spectrale afin de pouvoir utiliser 16 ou 40

longueurs d'onde. On obtient un peigne.

C'est la recommandation G 692 (interfaces optiques pour systmemulti-canaux) qui normalise l'espacement en nm entre deuxlongueurs d'onde permises dans la fentre :

1,6 nm ou 200 GHz

0,8 nm ou 100 GHZ

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CIN ST MANDRIER

DWDM ou Dense WDM.

Dans ce cas l'cart entre deux longueurs d'ondes voisines est pluspetit ( < 100 GHz ):

0,4 nm ou 50 GHz

0,2 nm ou 25 GHz

Les systmes d'aujourd'hui comportent 4, 8, 16, 32 voire 80 canauxoptiques donc des capacits de 10 200 Gbps si on prend un dbitde canal de 2,5 Gbps.

Recommandation pour le DWDM

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER

Exemple de liaison optique WDM :

Liaison Southern-Cross reliant lAustralie et les Etats-Unis par unsystme WDM-16 sur 4 paires de fibres optiques

Soit le Dbit nominal de 2,5Gb/s alors le dbit par fibre optique est de10Gb/s et le dbit total de la liaison est de 160Gb/s

Pour augmenter les capacits du WDM :Augmenter le dbit binaire nominal (domaine de llectronique,

photometteurs)

Diminuer lespacement spectral du peigne afin daugmenter le nombrede porteuses optiques (il est de 0,8 nm pour 40 porteuses)

Elargir la fentre spectrale aux longueurs donde suprieures 1560nm

Conclusions

Fibre Optique


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CIN ST MANDRIER


DWDMAspect matriel

Fibre Optique

P d' i


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CIN ST MANDRIER

Dcalages axiaux

Dfauts de surface

Pertes d'pissures

Fibre Optique

E i


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CIN ST MANDRIER

zx

y

Electrodes

Support fixe

Paramtres :Position initiale, distance entre les deux fibresArc lectrique : intensit et dure

Support mobile

Epissures

Fibre Optique

C t ti


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CIN ST MANDRIER

Fibre

Connecteur

viss

Connecteurs optiques

Fibre Optique

C t ti


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CIN ST MANDRIER

Pertes insertion < 0,2 dB typ

< 0,3 dB maxROS en PC < -30 dBen Super PC < -40 dBen Ultra PC < -50 dB

connecteur FC

connecteur SC

Connecteurs optiques

Fibre Optique

Composants lectrol minescents


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CIN ST MANDRIER

Composants lectroluminescents

Diode lectroluminescente ( DEL )

Jonction PN dans laquelle on injecte des lectrons. Ces lectronsexcitent les molcules qui reviennent spontanment au repos enlibrant des photons.

La longueur d'onde de ces photons dpend du matriau utilis dans lajonction :

Pour le gallium L = 1,3 m

Pour l'indium L = 1,55 m L Light

E EmittingD Diode

Fibre Optique



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CIN ST MANDRIER


Diode effet LASER

Mme principe que la DEL, mais la jonction est enferme entre descouches de confinement et les faces du composant sont clives detelle sorte qu'un lectron, sur son parcours, libre plusieurs photons.

PmW opt

0,1

1

DEL

DL

Seuil

LASER

L LightA Amplification byS Stimuated

E Emission ofR Radiation

Fibre Optique



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CIN ST MANDRIER

04-96

Caractristiques

DEL DL

Puissance

Puissance dans la fibre

Largeur du spectre

Rapidit de modulation

Dure de vie

Refroidissement Non Oui

0,1 mW 1 mW

0,01 mW 0,5 mW

50 200nm 1 nm

100 MHz 10 GHz

100 ans 10 ans


Documents

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