Soutenance mémoire
De nos jours, les supports de transmission ont une très grande importance dans l’utilisation quotidienne de l’informatique et la télécommunication. Que ce soit pour le travail ou le loisir, ces supports de transmission permettent un échange d’information vitale dans notre société de communication. L’avènement des nouvelles technologies augmente la quantité d’information qui circule dans les réseaux de télécommunication exigeant une transmission sans trop de bruit de données. Autrefois l’existence des liaisons électriques et des liaisons par ondes hertziens semblait satisfaisante pour la télécommunication. Mais actuellement, le transfert d’information requiert une vitesse de transmission assez élevée pour satisfaire nos besoins de communiquer. De plus, ces types de supports de transmission n’arrivent plus à échanger des grandes quantités d’information. Mais avec une bande plus large et une possibilité de conduire plusieurs signaux sur un même support, la fibre optique semble une solution idéale pour les transmissions à haut débit. Après sa découverte, la fibre optique n’était pas encore très convainquante à cause de certaines difficultés au niveau de la conception de signaux optiques et la maîtrise des photons lumineux ainsi que les différentes longueurs d’onde par rapport aux signaux électriques. Mais une fois ces problèmes résolus par les nouvelles techniques de transposition et de multiplexage, elle est devenue le moyen de transmission le plus fiable en terme de qualité et quantité de données transmises.
TRANSMISSION PAR FIBRE OPTIQUE
Historique
A l’époque des Grecs anciens, le phénomène du transport de la lumière dans des cylindres de verre était déjà connu. Il était, semble-t-il, mis à profit par les artisans du verre pour créer des pièces décoratives. Plus tard, les techniques de fabrication utilisées par les artisans vénitiens de la Renaissance pour fabriquer les « millefiori» ressembleraient beaucoup aux techniques actuelles de fabrication de la fibre optique. L’utilisation du verre en conjonction avec la lumière n’est donc pas récente. La première démonstration scientifique du principe de la réflexion totale interne fut faite par le physicien irlandais John Tyndall devant la Société Royale Britannique en 1854. A l´époque, l’idée de courber la trajectoire de la lumière, de n’importe quelle façon que ce soit, était révolutionnaire puisque les scientifiques considéraient que la lumière voyageait uniquement en ligne droite. Sa démonstration consistait à guider la lumière dans un jet d’eau déversé d’un trou à la base d’un réservoir. En injectant de la lumière dans ce jet, celle-ci suivait bien la courbure du jet d’eau, démontrant ainsi qu’elle pouvait être déviée de sa trajectoire rectiligne. Il put de cette manière démontrer le principe qui est à la base de la fibre optique. Par la suite, de nombreuses inventions utilisant le principe de la réflexion totale interne virent le jour ; comme les fontaines lumineuses ou des dispositifs permettant de transporter la lumière dans des cavités du corps humain.
On doit la première tentative de communication optique à Alexander Graham Bell, connu pour l’invention du téléphone. En effet, il mit au point, au cours des années 1880, le photophone. Cet appareil permettait de transmettre la lumière sur une distance de 200 m. La voix, amplifiée par un microphone, faisait vibrer un miroir qui réfléchissait la lumière du soleil. Quelques 200 m plus loin, un second miroir captait cette lumière pour activer un cristal de sélénium et reproduire le son voulu. Le récepteur de cet appareil était presque identique à celui du premier téléphone. Bien qu’opérationnelle en terrain découvert, cette méthode s’avéra peu utilisée. La pluie, la neige et les obstacles qui empêchaient la transmission du signal condamnèrent cette invention, bien qu’il considérait lui-même que le photophone était sa plus grande invention, puisqu’elle permettait une communication sans fil.
La possibilité de transporter de la lumière le long de fines fibres de verre fut exploitée au cours de la première moitié du XXe siècle. En 1927, Baird et Hansell tentèrent de mettre au point un dispositif d’images de télévision à l’aide de fibres. Hansell put faire breveter son invention, mais elle ne fut jamais vraiment utilisée. Quelques années plus tard, en 1930, Heinrich Lamm réussit à transmettre l’image d’un filament de lampe électrique grâce à un assemblage rudimentaire de fibres de quartz. Cependant, il était encore difficile à cette époque de concevoir que ces fibres de verre puissent trouver une application. La première application fructueuse de la fibre optique eut lieu au début des années 1950, lorsque le fibroscope flexible fut inventé par Van Heel et Hopkins. Cet appareil permettait la transmission d’une image le long de fibres en verre. Il fut particulièrement utilisé en endoscopie, pour observer l’intérieur du corps humain, et pour inspecter des soudures dans des réacteurs d’avion. Malheureusement, la transmission ne pouvait pas être faite sur une grande distance étant donnée la piètre qualité des fibres utilisées. En 1957, le fibroscope (endoscope flexible médical) est inventé par Basil Hirschowitz aux États-Unis.
Les télécommunications par fibre optique restèrent impossibles jusqu’à l’invention du laser en 1960. Le laser offrit en effet l’occasion de transmettre un signal avec assez de puissance sur une grande distance. Dans sa publication de 1964, Charles Kao, des Standard Telecommunications Laboratories, décrivit un système de communication à longue distance et à faible perte en mettant à profit l’utilisation conjointe du laser et de la fibre optique. Peu après, soit en 1966, il démontra expérimentalement, avec la collaboration de Georges Hockman, qu’il était possible de transporter de l’information sur une grande distance sous forme de lumière grâce à la fibre optique. Cette expérience est souvent considérée comme la première transmission de données par fibre optique.
Transmission optique d’information
Au sens large, débordant du domaine étroit de la lumière visible pour englober celui, beaucoup plus vaste, de l’infrarouge, la lumière fait partie de la famille des ondes électromagnétiques. A ce titre, elle peut servir de vecteur à une transmission de signaux porteurs d’information. Elle se distingue toutefois des porteurs électriques classiques par les caractéristiques suivantes :
– Son domaine de fréquences très élevé de l’ordre de GHz et THz ;
– Le seul paramètre modulable de la lumière est son « intensité » (puissance optique) ;
– L’affaiblissement d’une liaison optique est déterminé par des phénomènes d’absorption (perte) et de diffusion. De plus, il faut tenir compte du rendement des transducteurs optoélectroniques et de leur adaptation au milieu utilisé.
L’atmosphère ne se prête à une transmission optique qu’à faible distance. En revanche, le guidage de la lumière dans un milieu dont les dimensions et les propriétés physiques sont optimisables, permet de réaliser une transmission de grandes quantités d’information, à des distances considérables, dans des conditions quasiment idéales. C’est l’objectif que poursuivent les liaisons par fibres optiques.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : TRANSMISSION PAR FIBRE OPTIQUE
1.1. Historique
1.2. Transmission optique d’information
1.3. Propagation dans la fibre optique
1.3.1. Propagation d’onde lumineuse
1.3.2. Enoncé de la loi de Descartes
1.3.3. Angle limite et condition de guidage
1.3.4. Ouverture numérique
1.4. Transmission par fibre optique
1.4.1. Milieu de transmission
1.4.1.1. Fibre optique multimode à saut d’indice
1.4.1.2. Fibre optique multimode à gradient d’indice
1.4.1.3. Fibre optique monomode
1.4.2. Structure d’un système de transmission sur fibre optique
1.4.2.1. Emetteur optique
1.4.2.2. Récepteur optique
1.4.2.3. Influence du bruit à la réception
1.4.2.4. Effet du bruit quantique sur une transmission optique OOK
1.4.3. Amplification optique
1.4.3.1. Amplificateur à fibre dopée
1.4.3.2. Amplificateur à effet Raman
1.4.3.3. Amplificateur à semi-conducteur
1.4.3.4. Bruit d’un amplificateur optique
1.5. Conclusion
CHAPITRE 2 : MODE DE TRANSMISSION SUR LES FIBRES OPTIQUES
2.1. Modulation optique
2.1.1. Modulation directe
2.1.2. Modulation externe
2.2. Milieu de transmission
2.2.1. Effets linéaires
2.2.1.1. Dispersion modale
2.2.1.2. Dispersion chromatique
2.2.2 Effets non linéaires
2.2.2.1. Automodulation de phase
2.2.2.2. Modulation de phase croisée
2.2.2.3. Mélange à quatre ondes
2.2.2.4. Instabilité de modulation
2.2.3. Effet Raman et Brillouin stimulés
2.3. Transmission analogique
2.4. Transmission numérique
2.5. Conclusion
CHAPITRE 3 : SYSTEME DE DISTRIBUTION SUR FIBRE OPTIQUE
3.1. Système à grande distance
3.2. Transmissions optiques dans un réseau local
3.3. Multiplexage optique
3.3.1. Multiplexage temporel
3.3.1.1. Electronic Time Division Multiplexing
3.3.1.2. Optical Time Division Multiplexing
3.3.2. Multiplexage en longueur d’onde ou WDM
3.3.3. Différentes technologies du WDM
3.3.3.1. Caractéristiques du D-WDM et de l’U-WDM
3.3.3.2. Caractéristiques du C-WDM
3.3.3.3. Evolution
3. 4. Conclusion
CHAPITRE 4 : SIMULATION DE L’ATTENUATION DANS UNE LIAISON PAR FIBRE OPTIQUE
CONCLUSION
