Fibre optique à saut d'indice et ouverture numérique de guidage

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• Condition de guidage : indice du cœur strictement supérieur à l'indice de la gaine (n_1 > n_2). • Ouverture numérique : ON = n_1^2 - n_2^2. • Demi-angle du cône d'acceptance dans l'air : (_max) = ON. • Tout rayon entrant avec _e _max est guidé sans perte par réflexion totale. • Fibre multimode (50\ m) vs monomode (9\ m, très haut débit).

Le cours

1. Structure d'une fibre à saut d'indice Une fibre optique à saut d'indice est un guide d'onde cylindrique diélectrique constitué de deux couches concentriques de silice : • Le cœur cylindrique central d'indice de réfraction n_1 (diamètre de 9\ m en monomode à 50\,--\,62,5\ m en multimode). • La gaine entourant le cœur d'indice n_2 strictement inférieur à celui du cœur : n_2 • Un revêtement protecteur externe en polymère absorbant les chocs mécaniques. 2. Cône d'acceptance et ouverture numérique Pour qu'un rayon lumineux injecté dans la fibre subisse des réflexions totales successives à l'interface cœur-gaine, il doit pénétrer dans le cœur sous un angle d'incidence _e inférieur à un angle limite d'injection _max. On définit l'ouverture numérique (notée ON) de la fibre : ON = (_max) = n_1^2 - n_2^2 • ON est l'ouverture numérique sans unité (typiquement comprise entre 0,1 et 0,3). • _max est le demi-angle au sommet du cône d'acceptance dans l'air (n_air 1). • Tout rayon injecté hors de ce cône (_e > _max) est réfracté dans la gaine et perdu. 3. Différence relative d'indice Le saut d'indice relatif = n_1 - n_2/n_1 est maintenu très faible (typiquement 0,2\,\% à 1\,\%) pour limiter la dispersion intermodale tout en assurant le confinement de l'onde.

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