Principes des communications par fibre optique

Les techniques de communication numérique discutées jusqu'à présent ont conduit à l'avancement de l'étude des communications optiques et par satellite. Jetons un coup d'œil à eux.

La fibre optique

Une fibre optique peut être comprise comme un guide d'ondes diélectrique, qui fonctionne à des fréquences optiques. L'appareil ou un tube, s'il est plié ou s'il est terminé pour rayonner de l'énergie, est appelé unwaveguide, en général. L'image suivante représente un tas de câbles à fibres optiques.

L'énergie électromagnétique la traverse sous forme de lumière. La propagation de la lumière, le long d'un guide d'ondes peut être décrite en termes d'un ensemble d'ondes électromagnétiques guidées, appelé commemodes du guide d'ondes.

Principe de fonctionnement

Un paramètre optique fondamental sur lequel on devrait avoir une idée, tout en étudiant la fibre optique est Refractive index. Par définition, «Le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à celle de la matière est l’indice de réfractionndu matériel. » Il est représenté par -

$$ n = \ frac {c} {v} $$

Où,

c= la vitesse de la lumière dans l'espace libre = 3 × 10 8 m / s

v = la vitesse de la lumière dans un matériau diélectrique ou non conducteur

Généralement, pour un rayon lumineux voyageur, reflectiona lieu lorsque n 2 <n 1 . La courbure du rayon lumineux à l'interface est le résultat de la différence de vitesse de la lumière dans deux matériaux qui ont des indices de réfraction différents. La relation entre ces angles à l'interface peut être appeléeSnell’s law. Il est représenté par -

$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$

Où,

$ \ phi _1 $ est l'angle d'incidence

$ \ phi _2 $ est l'angle réfracté

n 1 et n 2 sont les indices de réfraction de deux matériaux

Pour un matériau optiquement dense, si la réflexion a lieu dans le même matériau, un tel phénomène est appelé internal reflection. L'angle d'incidence et l'angle réfracté sont indiqués dans la figure suivante.

Si l'angle d'incidence $ \ phi _1 $ est beaucoup plus grand, alors l'angle réfracté $ \ phi _2 $ en un point devient Π / 2. Une réfraction supplémentaire n'est pas possible au-delà de ce point. Par conséquent, un tel point est appelé commeCritical angle $\phi _c$. Lorsque l'angle incident $ \ phi _1 $ est supérieur à l'angle critique, la condition pourtotal internal reflection est satisfait.

La figure suivante montre clairement ces termes.

Un rayon lumineux, s'il est passé dans un verre, dans de telles conditions, est totalement réfléchi dans le verre sans qu'aucune lumière ne s'échappe de la surface du verre.

Parties d'une fibre

La fibre optique la plus couramment utilisée est single solid di-electric cylinder de rayon aet indice de réfraction n 1 . La figure suivante explique les parties d'une fibre optique.

Ce cylindre est connu sous le nom de Corede la fibre. Un matériau diélectrique solide entoure le noyau, qui est appelé commeCladding. La gaine a un indice de réfraction n 2 qui est inférieur à n 1 .

Le bardage aide à -

  • Réduire les pertes de diffusion.
  • Ajoute de la résistance mécanique à la fibre.
  • Protège le noyau de l'absorption des contaminants de surface indésirables.

Types de fibres optiques

Selon la composition du matériau du noyau, il existe deux types de fibres couramment utilisées. Ils sont -

  • Step-index fiber - L'indice de réfraction du coeur est uniforme d'un bout à l'autre et subit un changement brusque (ou étape) à la limite de la gaine.

  • Graded-index fiber - L'indice de réfraction du coeur est amené à varier en fonction de la distance radiale au centre de la fibre.

Ces deux éléments sont ensuite divisés en -

  • Single-mode fiber - Ceux-ci sont excités au laser.

  • Multi-mode fiber - Ceux-ci sont excités par la LED.

Communications par fibre optique

Le système de communication de la fibre optique est bien compris en étudiant les parties et les sections de celui-ci. Les principaux éléments d'un système de communication par fibre optique sont illustrés dans la figure suivante.

Les composants de base sont l'émetteur de signaux lumineux, la fibre optique et le récepteur de photo-détection. Les éléments supplémentaires tels que les épisseurs et connecteurs de fibre et de câble, les régénérateurs, les séparateurs de faisceau et les amplificateurs optiques sont utilisés pour améliorer les performances du système de communication.

Avantages fonctionnels

Les avantages fonctionnels des fibres optiques sont -

  • La bande passante de transmission des câbles à fibres optiques est supérieure à celle des câbles métalliques.

  • La quantité de transmission de données est plus élevée dans les câbles à fibres optiques.

  • La perte de puissance est très faible et donc utile dans les transmissions longue distance.

  • Les câbles à fibre optique offrent une sécurité élevée et ne peuvent pas être exploités.

  • Les câbles à fibres optiques sont le moyen le plus sûr pour la transmission de données.

  • Les câbles à fibres optiques sont insensibles aux interférences électromagnétiques.

  • Ceux-ci ne sont pas affectés par le bruit électrique.

Avantages physiques

Les avantages physiques des câbles à fibres optiques sont:

  • La capacité de ces câbles est bien supérieure à celle des câbles en cuivre.

  • Bien que la capacité soit plus élevée, la taille du câble n'augmente pas comme elle le fait dans un système de câblage en fil de cuivre.

  • L'espace occupé par ces câbles est bien moindre.

  • Le poids de ces câbles FOC est beaucoup plus léger que celui des câbles en cuivre.

  • Étant donné que ces câbles sont diélectriques, aucun risque d'étincelle n'est présent.

  • Ces câbles sont plus résistants à la corrosion que les câbles en cuivre, car ils se plient facilement et sont flexibles.

  • La matière première pour la fabrication des câbles à fibres optiques est le verre, qui est moins cher que le cuivre.

  • Les câbles à fibre optique durent plus longtemps que les câbles en cuivre.

Désavantages

Bien que la fibre optique offre de nombreux avantages, elle présente les inconvénients suivants -

  • Bien que les câbles à fibres optiques durent plus longtemps, le coût d'installation est élevé.

  • Le nombre de répéteurs doit être augmenté avec la distance.

  • Ils sont fragiles s'ils ne sont pas enfermés dans une gaine en plastique. Par conséquent, plus de protection est nécessaire que ceux en cuivre.

Applications de la fibre optique

Les fibres optiques ont de nombreuses applications. Certains d'entre eux sont les suivants -

  • Utilisé dans les systèmes téléphoniques

  • Utilisé dans les réseaux câblés sous-marins

  • Utilisé dans la liaison de données pour les réseaux informatiques, les systèmes CATV

  • Utilisé dans les caméras de surveillance CCTV

  • Utilisé pour connecter les pompiers, la police et d'autres services d'urgence.

  • Utilisé dans les hôpitaux, les écoles et les systèmes de gestion du trafic.

  • Ils ont de nombreuses utilisations industrielles et sont également utilisés dans les constructions lourdes.