Dans les communications optiques, le guide d'onde optique requis pour la transmission-de signaux optiques sur de longues distances est un guide d'onde diélectrique cylindrique appelé fibre optique (ou simplementfibre optique). La fibre optique est un guide d'ondes diélectrique qui fonctionne à des fréquences optiques, guidant l'énergie lumineuse pour se propager dans une direction parallèle à son axe.
Structure et classification des fibres optiques
△Le principe directeur de la fibre optique
Structure de la fibre optique :
La fibre optique (OF) est une fibre diélectrique transparente utilisée pour guider la lumière. Une fibre optique pratique est composée de plusieurs couches diélectriques transparentes. La structure typique d'une fibre optique, comme le montre la figure 2-1, peut être divisée en trois couches : le cœur avec un indice de réfraction plus élevé, la gaine avec un indice de réfraction plus faible et le revêtement externe. La structure du cœur et de la gaine répond aux exigences de guidage de la lumière, contrôlant la propagation des ondes lumineuses le long du cœur ; le revêtement remplit principalement une fonction de protection (comme il ne guide pas la lumière, il peut être teint de différentes couleurs).
(Figure 2-1 Structure d'une fibre optique typique)
(1) Noyau de fibre Le coeur de fibre est situé au centre de la fibre optique (diamètre 5 ~ 80 µm). Sa composition est du dioxyde de silicium de haute -pureté, auquel sont ajoutées des traces de dopants tels que le dioxyde de germanium et le pentoxyde de phosphore. Le but de l'ajout de ces petites quantités de dopants est d'augmenter de manière appropriée l'indice de réfraction (n) du cœur de la fibre. Pour les fibres optiques de communication, le diamètre du noyau est de 5 à 10 µm (fibre monomode-) ou de 50 à 80 µm (fibre multimode).
(2) Gaine : la gaine est située autour du cœur de la fibre (son diamètre est d'environ 125 μm) et sa composition est également du dioxyde de silicium de haute -pureté contenant une très petite quantité de dopant. Le rôle du dopant (tel que le trioxyde de bore) est de réduire de manière appropriée l'indice de réfraction optique (n2) de la gaine, le rendant légèrement inférieur à l'indice de réfraction du cœur de la fibre. Pour répondre aux différentes exigences de guidage de la lumière, le revêtement peut être réalisé en une seule couche ou en plusieurs couches.
(3) La couche la plus externe de la fibre optique revêtue est un revêtement composé d'acrylate, de caoutchouc de silicone et de nylon, qui augmente la résistance mécanique et la flexibilité de la fibre optique. Le revêtement est généralement divisé en un revêtement primaire et un revêtement secondaire. Le revêtement secondaire est une couche supplémentaire de matériau thermoplastique appliquée sur le revêtement primaire, c'est pourquoi on l'appelle également revêtement. Le diamètre extérieur de la fibre optique revêtue est généralement d'environ 1,5 cm.
L'épaisseur du cœur de la fibre, la répartition de l'indice de réfraction du matériau du cœur et l'indice de réfraction du matériau de gaine jouent un rôle décisif dans les caractéristiques de transmission de la fibre optique. Le matériau de revêtement est généralement un matériau homogène à indice de réfraction constant. S'il existe plusieurs couches de revêtement, les indices de réfraction de chaque couche de revêtement sont différents. L'indice de réfraction du coeur de la fibre peut être uniforme ou il peut varier le long du rayon du coeur r. Par conséquent, la fonction de distribution de l’indice de réfraction n(r) le long du rayon est couramment utilisée pour caractériser la modification de l’indice de réfraction du noyau.
Classification des fibres optiques :
Voici la traduction anglaise du texte de l'image :
« À l'heure actuelle, il existe de nombreux types de fibres optiques, mais leurs méthodes de classification sont généralement divisées en 4 catégories : classification par distribution de l'indice de réfraction des fibres, classification par mode de transmission, classification par longueur d'onde de travail et classification par matériau de gaine et de gainage.
(1) Classification par distribution d'indice de réfraction des fibres : peut être divisée en fibre à indice échelonné (SIF) et fibre à indice gradué (GIF).
1. Fibre optique à indice échelonné : fait référence à la région du cœur de la fibre et de la gaine où la distribution de l'indice de réfraction est uniforme, la valeur est une constante et la distribution de l'indice de réfraction présente une structure en couches semblable à une étape-. La variation de l'indice de réfraction est semblable à une étape-. La distribution de l'indice de réfraction de la fibre optique à échelon d'indice est illustrée à la figure 2-2.
Son expression de distribution d'indice de réfraction est :
n(r) = {n₁(r Inférieur ou égal à un₁)
{n₂ (a₁< r Inférieur ou égal à un₂)
La fibre optique à escalier est une des premières formes structurelles de fibre optique. Plus tard, dans la fibre optique multimode, elle a été progressivement remplacée par une fibre optique à indice progressif (car la fibre optique à indice progressif peut réduire considérablement la dispersion modale des couleurs de la fibre optique multimode). Cependant, il est encore relativement courant de l'utiliser pour transmettre de la lumière pulsée dans des fibres optiques. Actuellement, lorsque la fibre optique monomode - remplace progressivement la fibre optique multimode en tant que produit principal de la fibre optique commerciale, la structure de la fibre optique à indice échelonné est devenue la seule forme structurelle de fibre optique monomode - - elle doit ressembler à une étape -.
2. Fibre optique à indice gradué : fait référence à une fibre optique dont la distribution de l'indice de réfraction varie en fonction du rayon r. À mesure que la distance par rapport au centre augmente et diminue progressivement, le rayon devient progressivement plus petit. Sa règle de variation est généralement conforme à la règle exponentielle de puissance. Lorsqu'elle atteint l'interface coeur de fibre et gaine, elle est tronquée aux valeurs correspondant à la gaine ; dans la région de gaine, sa distribution d'indice de réfraction est uniforme, c'est-à-dire n₂. La distribution de l'indice de réfraction de la fibre optique à indice progressif est illustrée à la figure 2-3.
Sa distribution d'indice de réfraction s'exprime comme suit :
"Dans l'équation, g est le numéro de distribution de l'indice de réfraction ; il représente différentes valeurs à différentes distributions d'indice de réfraction ; n₁ est l'indice de réfraction au centre du cœur de la fibre ; n₂ est l'indice de réfraction de la gaine ; a₁ est le rayon du cœur ; Δ est la différence relative d'indice de réfraction, Δ=(n₁² - n₂²)/2n₁²=(n₁ - n₂)/n₁.
La principale raison de la dispersion intermodale réduite de la fibre optique à indice progressif est qu'elle réduit la dispersion modale, étend la distance de transmission et augmente la capacité de transmission.
(2) Classement par mode de transmission :Peut être divisé en fibre multi-mode (MMF) et fibre monomode (SMF). Comme son nom l'indique, la fibre optique multimode peut transmettre plusieurs modes, tandis que la fibre optique monomode-ne peut transmettre que le mode fondamental et les modes de champ électrique. Il est généralement admis que la nouvelle génération de solutions de transmission devrait être dominée par la fibre optique monomode-, car elle peut transmettre beaucoup plus loin que la fibre optique multimode. Lorsque la perte et la dispersion du support de transmission sont les mêmes, la capacité de transport d'informations après une modulation monomode - est bien supérieure à celle après une modulation multimode.
Dans certaines conditions de longueur d'onde de travail, il existe de nombreux modes de transmission dans la fibre optique, et ces modes de fibre sont des fibres optiques multimodes. L'indice de réfraction modal de la fibre optique multimode est approximativement le même que l'indice de réfraction du cœur de la fibre, et le nombre de modes est approximativement proportionnel au carré de V (fréquence normalisée). Par conséquent, on l’appelle également fibre optique multimode graduée. Plus tard, elle est progressivement devenue une fibre optique à indice gradué.
Dans certaines conditions de longueur d'onde de travail, s'il n'y a qu'un seul mode de transmission dans la fibre optique, on parle de fibre optique monomode-. La fibre optique monomode-ne peut transmettre que le mode fondamental (mode axial), et il n'y a pas de dispersion intermodale lors de la transmission dans ce mode. Par rapport à la fibre optique multimode avec un grand nombre de modes d'ordre -d'ordre supérieur, cela est très utile pour les systèmes de communication par fibre optique à haute vitesse-.
(3) Classification par longueur d'onde de travail : peut être divisée en fibre optique à courte longueur d'onde - et en fibre optique à longue longueur d'onde -.
1. Fibre optique à longueur d'onde courte {{1} : dans la phase initiale du développement des communications par fibre optique, la longueur d'onde couramment utilisée était comprise entre 0,6 et 0,9 μm. La principale raison à cette époque était que les sources de lumière laser à semi-conducteurs et les détecteurs fonctionnant dans cette bande de longueurs d'onde étaient relativement matures et que la fibre optique à courte longueur d'onde - était le produit principal. Actuellement, il est rarement utilisé.
2. Fibre optique à longue longueur d'onde : alors que les travaux de recherche se poursuivent, en entrant dans les bandes de longueur d'onde de 1,31 μm et 1,55 μm, ces deux bandes de longueur d'onde ont montré des caractéristiques de faible perte, de dispersion nulle et de perte de courbure minimale. Ainsi, les travaux de recherche se sont progressivement réorientés vers ces deux bandes de longueurs d’onde, et des fibres optiques plus performantes ont vu le jour. La pratique a prouvé qu'à des longueurs d'onde de 1,0 à 2,0 μm, les fibres optiques ont une perte inférieure à celle des fibres optiques à courte longueur d'onde -.
(4) Les fibres optiques à longue longueur d'onde - sont particulièrement adaptées aux communications par fibre optique à longue -distance et à haute -capacité en raison de leurs avantages tels qu'une faible atténuation et une large bande passante.
1. Fibre optique conventionnelle : fait référence à une fibre optique dont le cœur de la fibre est dopé au germanium, le revêtement et la distribution de l'indice de réfraction du cœur sont combinés dans un certain rapport. Ce type de fibre optique ayant de bonnes caractéristiques et étant relativement facile à produire, elle a subi plusieurs générations d'améliorations.
Cela est dû au coefficient de dilatation élevé du matériau avec le germanium comme matière première. À basse température, il rétrécira et se fissurera. Une biréfringence de contrainte se produira, ajoutant une asymétrie à la fibre optique.
2. Fibre optique décalée à dispersion {{1} : fait référence à une fibre optique qui subit un traitement thermique après dopage au germanium, déplaçant le point de dispersion zéro -sur une longueur d'onde, et non trois ou trois fois la longueur d'onde.
Le procédé de fabrication de ce type de fibre optique est relativement compliqué. Parmi eux, le diamètre du noyau doit correspondre au degré de dopage pour optimiser la fibre optique. Par conséquent, il n’a pas encore été largement utilisé. »
