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RÉSUMÉ
La technologie des fibres optiques a considérablement évolué depuis ses débuts. Les pertes d’atténuation par absorption et par diffusion restent à ce jour les seules limitatives dans les transmissions de longue distance, le cas notamment des applications en télécommunications terrestres et sous-marines. L’article distingue les deux types de fibres optiques : les fibres multimodes (à saut d’indice ou à gradient d’indice) et les fibres monomodes. Leurs méthodes de caractérisation et leurs domaines d’utilisation sont différents, la transmission multimode n’étant retenue que pour les applications bas de gamme.
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Philippe DUPONT : Chef du service Mesures et Contrôle à la division Recherches et Développement d’Alcatel Fibres optiques
INTRODUCTION
Depuis 1973, la technologie des fibres optiques a connu d’énormes progrès. L’atténuation linéique minimale est passée de 10 dB/km à 0,16 dB/km (record fin 1984), en même temps que la plage optimale de longueur d’onde s’est déplacée de 800-900 nm à 1 300 nm, 1 550 nm puis jusqu’à 1 675 nm.
L’utilisation de hauts débits a mis l’accent sur les propriétés de dispersion chromatique et de dispersion de polarisation mais, avec la réalisation de diodes laser très pures spectralement, le facteur limitatif redevient l’atténuation pour les liaisons de type transmissions à longue distance.
Les applications des fibres optiques sont de plus en plus nombreuses et diversifiées. On les trouve principalement dans les liaisons pour les télécommunications :
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liaisons terrestres et sous-marines (grandes distances),
mais aussi dans des applications plus originales comme dans les domaines suivants :
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amplification optique ;
-
fibres à maintien de polarisation ;
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liaisons aviation (gain de poids, insensibilité aux parasites électromagnétiques) ;
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armement, filo-guidage ;
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informatique et bureautique ;
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vidéosurveillance ;
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automobile (réseaux, signalisation) ;
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automates ;
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éclairage (binoculaire...) ;
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capteurs : température, déplacement, pression, intensité, haute tension... ;
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conducteur d’énergie (laser 1 060 nm) ;
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endoscopie, endochirurgie.
Les performances étonnantes des fibres optiques nécessitent, pour la caractérisation, des bancs de mesure très précis. Mesurer l’atténuation 3 avec une incertitude de quelques centièmes de dB/km ou la dispersion 4 à 1 ps · nm–1 · km–1 près demande du soin et souvent l’élaboration de nouvelles techniques de mesure. Après un bref rappel des diverses propriétés des fibres optiques et des procédés de fabrication 1, nous détaillerons les méthodes de mesure les plus employées et/ou les plus performantes. Nous n’avons pas ici la place nécessaire pour faire une revue exhaustive de toutes les méthodes, qui peuvent découler souvent d’un principe commun. Pour plus d’information, les lecteurs trouveront une bibliographie sommaire à la fin de cet article. Précisons enfin que seule l’optique linéaire sera abordée.
Le lecteur pourra également se reporter aux articles [49] [50] dans les Techniques de l’Ingénieur.
La grande majorité des mesures sur les fibres optiques sont décrites dans les normes IEC 60793.
Cet article est la nouvelle édition actualisée du texte rédigé précédemment par :
Michel MONERIE, ancien élève de l’École polytechnique, ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications.
Pierre SANSONETTI, ancien élève de l’École polytechnique, ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications.
Jean-Claude BIZEUL.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1985 par Michel MONERIE, Pierre SANSONETTI
- Version archivée 2 de juil. 1992 par Jean-Claude BIZEUL
- Version courante de déc. 2018 par Pierre LECOY
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Présentation
1.1 Description des différents types de fibres
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L’analyse en termes d’optique géométrique reste possible tant que les dimensions du guide sont grandes devant la longueur d’onde, mais les phénomènes fins (onde évanescente, répartition individuelle des champs des modes) ne peuvent être abordés qu’en prenant tous les termes de l’équation de propagation (l’hypothèse fondamentale de l’optique géométrique étant que, les champs variant peu sur une longueur d’onde, les dérivées spatiales des champs sont négligées au premier ordre).
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Nous distinguerons très clairement par la suite deux types de fibres : les fibres multimodes (à saut d’indice ou à gradient d’indice) et les fibres monomodes. Les outils mathématiques employés pour les étudier et les méthodes de caractérisation sont en règle générale différents. Leurs domaines d’application sont actuellement distincts, et les paramètres de normalisation ne sont pas tous les mêmes. La transmission monomode supplante presque partout la transmission multimode, sauf pour les applications bas de gamme (courte distance) ou pour quelques applications spécialisées (par exemple, transmission d’images ou de puissance, ou encore pour le domaine médical).
La figure 1 montre les différents types de fibres :
-
fibre multimode à saut d’indice (SI) ;
-
fibre multimode à gradient d’indice (GI) ;
-
fibre monomode.
Pour les fibres multimodes (saut d’indice et gradient d’indice), le diamètre de cœur ∅c est de l’ordre de quelques dizaines de micromètres (typiquement 50, 62,5 ou 85 µm) et la différence d’indice maximale du cœur Δn de l’ordre de 10–2.
Pour les fibres monomodes, on a ∅c » 5 à 10 µm et Δn de quelques 10–3. Rappelons ici que le profil d’indice d’une fibre monomode n’influe que peu sur le champ du mode, qui reste approximativement de forme gaussienne dans le domaine usuel d’utilisation. Sauf pour certaines applications, la connaissance du profil complet de la fibre n’est pas utile, et il est généralement suffisant de supposer une gaine semi-infinie.
Selon la normalisation, les fibres optiques utilisées en télécommunication...
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