6) Différents types de fibres optiques
Il existe deux types de fibre optique : la fibre monomode qui ne permet de transmettre qu'un seul rayon lumineux à la fois et la fibre multimode qui permet de transmettre plusieurs rayons lumineux à la fois. Parmi ce type de fibre on distingue deux technologies différentes : à saut d’indice ou à gradient d’indice.
a/ Fibre monomode
La fibre monomode est la meilleure fibre existante à l'heure actuelle. C'est ce type de fibre qui est utilisé dans les cœurs de réseaux mondiaux.
Comme son nom l'indique, ces fibres ne présentent qu'un seul mode de propagation : c'est le mode en ligne droite. En effet, les rayons lumineux suivent un seul chemin de propagation dans le cœur. Ce dernier est si étroit que le signal de dispersion est presque nul et ce dernier est donc très peu déformé car il y a des pertes minimes. Du fait de son cœur de petit diamètre, la fibre monomode nécessite une importante puissance d'émission et donc l'emploie de laser particuliers (voir utilisation de nos jours).
On a ainsi une fibre permettant des transmissions à haut débit et permettant les transports d'informations sur de longues distances même si, en contrepartie, son coût est assez élevé. C'est donc ce type de fibre qui est utilisé dans les réseaux de fibre optique sous-marins ou pour la télévision par câble par exemple.
Caractéristiques notables :
- un cœur d'une taille de 10μm.
- un débit de 100 Gigabit par kilomètre, ou 100 Gb par seconde.
- atténuation : 0,5 dB/km (diminution relative de la puissance d'un signal au cours de sa transmission).
- large bande passante
(la bande passante d’un système est un intervalle de fréquence dans lequel l’affaiblissement du signal est inférieur à une valeur spécifiée).
b/ Fibre multimode
1) Fibre à saut d'indice
2) Fibre à gradient d'indice
La fibre multimode à saut d'indice est la fibre la plus ordinaire. C'est la première qui a été inventée et c'est elle qui nous a servi d'exemple pour comprendre le phénomène de "réflexion totale" dans la sous-partie 4.
Il existe dans cette fibre une grande différence entre l'indice de réfraction du cœur et celui de la gaine. C'est pour cela que les rayons lumineux se propagent par réflexion totale interne successives en alternances de segments. La fibre à saut d'indice possède un cœur très large, d'une taille atteignant 200μm. L'atténuation dans ce type de fibre est donc très important et s'explique par le phénomène de dispersion modale. Cette dispersion s'explique par le fait que la lumière peut emprunter plusieurs chemins (modes) de propagation (mais avec une même vitesse). Ces modes sont donc de longueurs différentes, comme on peut le voir sur le schéma ci-dessous. Ainsi, lorsqu'une impulsion lumineuse est envoyée dans la fibre, elle se décompose en différents modes et arrive étalée dans le temps.
La fibre multimode à gradient d'indice est assez semblable à la fibre multimode à saut d'indice, mais elle est quand même améliorée. Comme il s'agit d'une fibre multimode, la lumière peut emprunter plusieurs modes de propagation. Contrairement à la fibre à saut d'indice, l'indice de réfraction n'est pas le même partout dans le cœur (qui est deux fois moins large) et il est assez peu différent de l'indice de réfraction de la gaine.
Cette différence d'indice de réfraction à même le cœur, s'explique par le fait le cœur est constitué de plusieurs couches ayant des indices de réfraction différents. Ces indices se font plus petits lorsqu'on se rapproche de la frontière cœur/fibre. De cette manière la dispersion modale que nous avons définie tout à l'heure est réduite. En effet, la lumière empruntant les modes les plus longs va plus rapidement et la lumière empruntant les modes courts est plus lente (la vitesse dépend de l'indice).
Schéma de la fibre à saut d'indice montrant la largeur du cœur et de la gaine, le parcours de la lumière dans la fibre et les indices de réfraction.
Schéma de la fibre monomode montrant la largeur du cœur et de la gaine, le parcours de la lumière dans la fibre et les indices de réfraction.
Schéma de la fibre à gradient d'indice montrant la largeur du cœur et de la gaine, le parcours de la lumière dans la fibre et les indices de réfraction.
Les fibres optiques multimodes sont des fibres généralement moins chères et utilisées pour des plus courtes distances de transport. Contrairement à la fibre monomode, il existe plusieurs modes de propagation pour la lumière, plusiurs trajets différents.
Caractéristiques notables :
- un cœur d'une taille de 200μm.
- un débit de seulement 1 Mégabit par seconde, cette fibre est inutile pour le transport massif d'informations
- atténuation : plus de 10 fois supérieure à celle de la fibre monomode (diminution relative de la puissance d'un signal au cours de sa transmission).
Caractéristiques notables :
- un cœur d'une taille de 100 à 50μm.
- un débit de 1 Gigabit par seconde
- atténuation : presque semblable à celle de la fibre à saut d'indice (diminution relative de la puissance d'un signal au cours de sa transmission).
Pour résumer, dans la fibre à saut d'indice, seuls les modes utilisés changent de longueurs et la vitesse reste identique. Dans le cas des fibres à gradient d'indice, les modes utilisés changent et la vitesse aussi. Mais dans la fibre monomode, il n'y a qu'un seul mode de transmission et qu'une seule vitesse : les informations arrivent donc plus vite et en même temps !