for fibreoptique
TRANSCRIPT
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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
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
Modedepropagation Onde de sol
Rflexion ionosphrique
Rfraction troposphrique
Dispersion troposphrique
Visibilit directe
U.V.
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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
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
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
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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Fibre Optique
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
Gnralits sur l'optiqueNotions lmentaires sur la F.O.
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
Attnuation de la fibre optique
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
Attnuation de la fibre optique
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
Gnralits sur l'optiqueNotions lmentaires sur la F.O.
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
Fibre Optique
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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
Gnralits sur l'optiqueNotions lmentaires sur la F.O.
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
Composants lectroluminescents
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CIN ST MANDRIER
Composants lectroluminescents
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
Composants lectroluminescents
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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
Composants lectroluminescents