Fibres optiques 2me partie fibres gradient dindice dispersion

Fibres optiques 2ème partie: fibres à gradient d’indice, dispersion 1

Fibres à gradient d’indice (GRIN) q But • Ré-équilibrer les temps de propagation des modes • Les plus longs doivent être plus rapides ! q Moyen: profil d’indice 2

Trajectoire des rayons q Réfraction • Écarte de plus en plus le rayon de la normale • Dès que i > ic: réflexion totale q Infinité de couches 3

Modes et ouverture numérique q Nombre de modes q Ouverture numérique • Dépend de la position d’entrée par rapport à l’axe • En r = 0, • En r = a, NA=0 (= fibre à saut d’indice) 4

Dispersion q Dispersion modale • Réduite d’un facteur 8/D q Exemple: n 1 = 1, 48 et n 2 = 1, 46 5

Dispersion chromatique (matériau) q Source “monochromatique” • Laser: Dl = 2 nm • LED: Dl = 50 nm q Indice de réfraction • Dépend de l q Elargissement 6

Exemple q Paramètre de dispersion Si. O 2 • autour de 1, 27 µm: pas de dispersion q Elargissement 850 nm 1550 nm LED 4, 4 ns/km 1, 1 ns/km Laser 174 ps/km 44 ps/km 7

Dispersion chromatique (guide d’ondes) q Direction de propagation • Dépend de l q Guide d’ondes plan • Indice de réfraction effectif q i (et t) dépendent de l 8

Dispersion totale q Dispersion chromatique totale q Elargissement total 9

Coefficient d’atténuation q Intensité • Entrée: I 0 • Sortie: I(L) < I 0 q Tranche dz 10

Exemple q Atténuation: 0, 2 d. B/km 11

Pertes par diffusion q Diffusion de Rayleigh • Diffusion élastique: - 1 molécule absorbe un photon - ré-émet un photon de même fréquence • Intensité proportionnelle à n 4 (1/l 4) - couleur du ciel q Silice: Si. O 2 désordonné • Réémet des photons dans toutes les directions • Condition de réflexion totale plus satisfaite q Solution • Augmenter l • Ex: 0, 78 d. B/km à 1 µm 0, 13 d. B/km à 1, 55 µm 12

Pertes par absorption q Structure électronique (isolant) • Bande de valence (occupée) • Bande de conduction (inoccupée) • Bande interdite: Eg (gap) q Transition électronique • Passage d’un e- vers BC • Si E=hn > Eg (9 e. V = 140 nm pour Si. O 2) 13

Pertes par absorption (2) q Excitations de vibrations du réseau • Fréquence proche des modes de la liaison Si-O (8 – 12 µm) • Importante au-dessus de 1, 55 µm 14

Pertes par absorption (3) q Absorption dans les impuretés • Atomes métalliques (Fe, Cu, V, Co, Ni, Mn, Cr) - Transitions électroniques - 1 ppm Fe 3+ 130 d. B/km ! • Ions OH- (eau) - Vibration de la liaison O-H l = 2, 73 µm, harmoniques 1, 38, 0, 95 µm l =1, 23 µm: couplage O-H et Si-O q Pertes par courbure • Macroscopique (perte de réflexion totale) • Microscopique (imperfections de fabrication) 15

Attenuation In Silica Fibers Attenuation (d. B/km) 2. 5 2. 0 1. 5 2 3 OH Absorption 1 “Optical Windows” 1. 0 0. 5 900 1100 1300 Wavelength (nm) 1500 1700 Main cause of attenuation: Rayleigh scattering in the fiber core LW Technology (Cover, Appendix). PPT - 16 © Copyright 1999, Agilent Technologies Revision 1. 1 1/2/2022 16