Définition: Une fibre optique est un mince brin flexible constitué de verre (silice) ou de plastique qui est utilisé pour transmettre des signaux optiques (lumineux). Habituellement, le diamètre de la fibre optique est supérieur à celui des cheveux humains.
Plus précisément, on peut dire qu’il s’agit d’un guide d’ondes qui a la capacité de transmettre des ondes électromagnétiques (sous forme de lumière) à des fréquences optiques.
Structure de la fibre optique
Une fibre optique est essentiellement une combinaison de noyau et revêtement. Ici, le noyau est un diélectrique cylindrique composé de verre, à travers lequel la lumière se propage et il est enfermé dans une gaine en plastique.
La figure ci-dessous montre la structure d’une fibre optique:
L’ensemble est entouré d’une gaine élastique afin de protéger la fibre.
Il est à noter que dans le cas des fibres optiques, la gaine ne participe pas à la transmission des ondes lumineuses puisque la lumière se propage uniquement à travers le cœur. Mais, afin de réduire les pertes de signal dues à la diffusion, une fibre optique est nécessairement une combinaison de cœur et de gaine.
La fibre optique est composée de telle manière que l’indice de réfraction du cœur doit être supérieur à celui de la gaine.
Propagation d’un rayon lumineux à travers une fibre optique
Comme on le sait, une fibre optique permet la propagation du signal sous forme de lumière (c’est-à-dire de photons). Maintenant la question se pose comment la lumière se propage à travers une optique fibre?
La réponse à la question ci-dessus est réflexion interne totale.
Lorsque la lumière peut être transmise à travers une fibre optique, elle traverse uniquement le cœur, en subissant des réflexions continues depuis la gaine. Ces réflexions ne sont que des réflexions internes totales.
Comme nous l’avons déjà expliqué dans Réflexion interne totale, cela ne se produit que lorsque la lumière arrive d’un milieu plus dense à un milieu plus rare avec un angle d’incidence supérieur à l’angle critique.
Avec un tel angle d’incidence, la lumière se propage à travers le noyau en faisant des réflexions successives étant plutôt réfracté au niveau du revêtement.
Comme le noyau est un cylindre de plus petit diamètre, seule une petite réflexion du rayon lumineux aura lieu, ce qui entraînera un angle d’incidence nettement supérieur à l’angle critique.
Modes de propagation dans une fibre optique
Lorsque la lumière se déplace le long de la fibre, il est évident qu’elle se transmettra vers le cœur en empruntant un ou plusieurs chemins. Donc, fondamentalement, les modes ne sont rien d’autre que le nombre de trajets qu’emprunte un rayon lumineux lors de sa propagation le long de la fibre.
Il existe essentiellement deux modes de propagation à travers une fibre optique:
- Fibre monomode: Dans la fibre monomode, le rayon lumineux se propage le long de la fibre uniquement en empruntant un (un) chemin unique.
Ainsi, en raison de la transmission de l’onde due à un seul chemin, le niveau de distorsion du signal au moment de la transmission est également réduit. En effet, les rayons lumineux ne transmettent pas par plusieurs chemins, ce qui permet également de maintenir la fidélité du signal à une distance plus longue.
Comme le diamètre du noyau est petit, il nécessite un faisceau lumineux pointu pour lequel une source de lumière laser est principalement utilisée.
- Fibre multimode: Dans la fibre multimode, le diamètre du cœur est comparativement grand par rapport à celui de la fibre monomode. Comme ici, la fibre permet la propagation des rayons lumineux via plusieurs chemins à l’intérieur du cœur.
Ici, les chances de dispersion et d’atténuation du signal sont supérieures à celles de la fibre monomode. Dans le même temps, le diamètre du noyau plus large permet plusieurs chemins de propagation pour les ondes lumineuses.
Que sont les fibres de verre ?
Le verre est essentiellement un solide amorphe qui est généralement de nature dure, transparente et cassante. Il est composé de la fusion et de la trempe de plusieurs matériaux. Le verre est un matériau qui ne possède pas de structure moléculaire bien définie, mais plutôt un arrangement arbitraire de molécules.
Jetons un coup d’œil à la représentation tabulaire de la substance vitreuse :
Le verre présente une caractéristique particulière : si la composition du matériau est modifiée, ses propriétés varient également.
Avantages de la fibre optique
- La transmission des ondes lumineuses à travers une fibre optique permet la propagation du signal sans distorsion.
- Les fibres optiques permettent une transmission sécurisée ainsi que longue distance.
- Ces câbles durent plus longtemps que tout autre câble de transmission.
Inconvénients de la fibre optique
- L’installation, ainsi que le coût de maintenance des fibres optiques, sont assez importants.
- En raison de leur nature fragile, ils nécessitent une plus grande protection contre les conditions environnementales.
- Bien que moins de distorsion puisse transmettre un signal sur de grandes distances, cela nécessite l’utilisation de répéteurs au moment de la transmission du signal.
Habituellement, les fibres sont fabriquées à partir de silice car elles offrent de meilleures caractéristiques de fonctionnement. En outre, la silice est un matériau chimiquement stable et peut également être utilisée dans des environnements difficiles. L’utilisation de silice est plus appropriée en cas de communication optique.