La fibre optique

23 Mars 2016 , Rédigé par fahir

La Fibre Optique

Considérée aujourd'hui comme la technologie la plus performante pour le transport des données à la vitesse de la lumière, la fibre optique est un support physique de transmission de données composée principalement de fil en verre. Elle a la particularité d’être insensible aux perturbations électriques extérieures ce qui lui permet de garder son efficacité sur des milliers des kilomètres et offrir donc une vitesse de connexion ( haut débit ) et une qualité de son et d'images inégalées.

COMPOSITION et FONCTIONNEMENT:

Une fibre optique est constituée de deux verres transparents, disposés coaxialement : un verre de cœur et un verre d'enrobage (la gaine). Un rayon lumineux pénétrant dans le cœur de la fibre, à l'une de ses extrémités, se propage longitudinalement jusqu'à l'autre extrémité grâce aux réflexions totales qu'il subit à l'interface entre le verre de cœur et le verre de gaine.

réflexion totale interne

En effet le fonctionnement de la fibre optique se base essentiellement sur le principe de la réflexion totale, le cœur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé (différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux. L’ensemble est généralement recouvert d’une gaine plastique de protection.
Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre extrémité de la fibre optique sans perte, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée.

pour la transmission des données:
une liaison optique comprend : un émetteur qui transforme un signal électrique multiplex, le plus souvent numérique, en signal lumineux ; une fibre optique protégée et séparée d'autres fibres dans un câble optique ; un récepteur qui restitue à l'arrivée le signal électrique ; éventuellement, des répéteurs intermédiaires. Les convertisseurs électro-optiques utilisés sont des semi-conducteurs dopés ou complexes (diodes électroluminescentes ou laser à l'émission, photodiodes à la réception).
on peut ainsi ajouter que dans une fibre optique, les données sont transmises de façon similaire à une transmission réalisée dans un fil électrique : s’il y a de la lumière, l’information traduite en bit 1, sinon en bit 0. L’objectif est évidemment que le rayon, le porteur de l’information, arrive bien de la source jusqu’à destination et sans être affaibli. Pour ce faire, le rayon doit être guidé dans la fibre sans réfraction, il doit se propager en faisant la réflexion totale.

AVANTAGES et APPLICATIONS:

généralement groupées en faisceau (optique de fibre), les fibres optiques se voit avantager par :

• la Faible atténuation:
la fibre optique a une atténuation moins importante que les conducteurs électriques, ce qui permet de transmettre des informations sur de plus longues distances en nécessitant moins de répéteurs.

• Grande bande passante:
la fibre optique permet dʼatteindre des capacités de transport bien plus élevées que le cuivre. Les bandes passantes typiques sont de 200 à 600 MHz.km pour des fibres multimodes,(
réservées aux réseaux informatiques à courtes distances)
et > 10 GHz.km pour des fibres monomodes,( installées pour des réseaux à très longues distances. ) comparées à 10 à 25 MHz.km pour des câbles électriques usuels.

• Insensibilité aux perturbations électromagnétiques: l
les fibres optiques sont immunes aux parasites électromagnétiques, et elles mêmes nʼémettent aucune radiation.

• Liaison non détectable:
les câbles à fibre optique étant dans la plupart des cas totalement diélectriques, ils sont transparents vis à vis de tous types de détecteurs.

• Isolation électrique:
les fibres optiques permettent dʼeffectuer des transmissions entre points de potentiels électriques différents, et au voisinage dʼinstallations à haute tension.

• Taille et poids réduits:
pour faire passer une quantité dʼinformations équivalente, le volume et la masse de câble à fibre optique à utiliser sont bien moindres quʼen câble électrique.

Cependant, elle intervient dans plusieurs domaines notamment dans:

les télécommunications :

Elle est utilisée pour la transmission d'information, que ce soit des conversations téléphoniques, des images ou des données. C’est probablement l’un des domaines où l’utilisation de la fibre optique est le plus important et a le plus d’avenir. Un fil de cuivre ne peut supporter que quelques communications, contre 300000 pour la fibre optique. Les fibres sont alors utilisées en particulier pour les réseaux à haut débit. Leurs capacités de transmission atteignent des débits de l’ordre du gigabit par seconde (câbles transatlantiques) avec une atténuation très faible et grâce aux multiplexages, on atteint la centaine de Gbits/s.

La médecine

La fibre optique est utilisée en médecine tant pour diagnostiquer des problèmes de santé que pour traiter certaines maladies.
Pour le diagnostic, un câble de fibres optiques transporte de la lumière à l'intérieur du corps. Cette lumière est réfléchie par les organes internes et est captée par un autre câble de fibres optiques qui achemine cette lumière vers un système d'imagerie vidéo. Il est donc possible d'avoir un aperçu de grande qualité de ce qui se passe dans le corps, et ce, en temps réel. Un exemple de cette utilisation est l'endoscope, particulièrement utilisé en gastro-entérologie

endoscope

Pour un traitement ,la fibre optique sert à transporter la lumière intense d'un laser à l'intérieur du corps humain où elle interagira par effet thermique avec les tissus : en chirurgie associée à un faisceau laser qui permet de : pulvériser un calcul rénal, découper une tumeur, réparer une rétine.....
La fibre optique facilite donc le travail des professionnels de la santé ainsi que la vie de leurs patients. Les interventions sont moins complexes, moins dangereuses et moins invasives que la chirurgie traditionnelle. De plus, puisqu'elles ne nécessitent le plus souvent qu'une anesthésie locale, le patient peut subir l'intervention et retourner chez lui la même journée. L'application de ces techniques de diagnostic et de traitement a donc eu une incidence importante sur le plan économique.

les capteurs

Un domaine où la fibre optique a trouvé une application plus récemment est celui de la mesure. La fibre optique, comme tout objet, subit les influences de différents paramètres. Elle sera, entre autres, légèrement déformée lorsqu'elle est soumise à une pression, une force, une contrainte ou une variation de température. La déformation subit par la fibre optique aura une influence sur la façon dont la lumière s'y propage. Il est possible de mesurer ces modifications et de convertir cette mesure en unités de pression, de température ou de force, selon ce qu'on désire mesurer. Ces capteurs ont l'avantage d'être très petits, très précis et insensibles aux perturbations électromagnétiques.

Notons qu'elle est aussi utilisée dans l’éclairage les câbles sous marins intercontinentaux pour la relier chaque réseau d'un continent à un autre...