Fibre optique à saut d'indice et pertes

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• Guidage par réflexion totale interne : condition n_1 > n_2 et angle > _lim avec (_lim) = n_2/n_1. • Ouverture numérique dans l'air : ON = (_) = n_1^2 - n_2^2. • L'atténuation linéique de la silice est minimale dans l'infrarouge proche : 0,20\ dB·km^-1 à 1\,550\ nm. • Bilan de liaison optique : P_s = P_e 10^- L + A_raccords10.

Le cours

1. Structure et guidage dans une fibre à saut d'indice Une fibre optique à saut d'indice est un guide d'onde cylindrique constitué de deux milieux transparents concentriques : un cœur central en silice d'indice de réfraction n_1 entouré d'une gaine en silice dopée d'indice de réfraction n_2 légèrement plus faible (n_1 > n_2). • La lumière reste confinée dans le cœur par des réflexions totales successives à l'interface cœur-gaine. • L'angle limite de réflexion totale interne à l'interface cœur-gaine est donné par (_lim) = n_2/n_1. • Pour que la réflexion totale se produise, l'angle d'incidence sur la gaine doit vérifier > _lim. • À l'entrée de la fibre (dans l'air d'indice n_0 = 1), les rayons guidés doivent pénétrer dans un cône d'acceptance défini par l'ouverture numérique : ON = (_) = n_1^2 - n_2^2 Gaine optique (n₂) Cœur de la fibre (n₁ > n₂) Gaine optique (n₂) Réflexion totale Réflexion totale 2. Mécanismes d'atténuation et fenêtres de transmission Les pertes optiques dans une fibre sont modélisées par son atténuation linéique (exprimée en dB·km^-1). Elles ont trois origines physiques principales : • La diffusion Rayleigh : diffusion de la lumière par les infimes fluctuations de densité du verre, décroissant en 1/^4. Elle est prépondérante aux courtes longueurs d'onde. • L'absorption intrinsèque et extrinsèque : absorption par les molécules de silice et les impuretés (ions hydroxyles OH^- résiduels). • Les pertes par courbure : lorsque le rayon de courbure de la fibre est trop petit, l'angle de réflexion devient inférieur à _lim et la lumière s'échappe dans la gaine. • En télécommunications, on exploite les fenêtres infrarouges où l'atténuation est minimale : à = 1\,310\ nm ( 0,35\ dB·km^-1) et à = 1\,550\ nm ( 0,20\ dB·km^-1). 3. Piège de calcul sur l'ouverture numérique Ne pas soustraire les indices directement avant d'élever au carré : n_1^2 - n_2^2 n_1 - n_2. Comme les indices n_1 et n_2 sont très proches (par exemple 1,48 et 1,46), la différence des carrés est petite mais non négligeable.

Dans ce chapitre