Etude d'une liaison de transmission par fibre optique et simulation d'un résonateur optique en anneau

DEDICACE

A mon regretté père ;

A ma mère

KUNGWA KAFTE Djogoo

A mon regretté père ;

A ma mère

NDIKUMASABO Jérôme

REMERCIEMENTS

Au seuil de notre travail de recherche, nous tenons à exprimer vivement notre profonde gratitude à toutes les personnes qui ont guidé notre travail par leurs conseils, à tous ceux qui, de près ou de loin, ont porté un intérêt à l'évolution de ce travail et qui, à travers un encouragement particulier ont su donner chaque fois un regain d'ardeur à nos efforts. Qu'ils soient assurés de notre gratitude.

Nous remercions en premier lieu Dieu Tout Puissant qui nous a créés, nos éducateurs depuis l'école primaire jusqu'à l'Université et particulièrement MSC ANATOLE SINZINKAYO , directeur de ce mémoire qui, malgré ses multiples engagements a spontanément accepté de diriger nos premiers pas de chercheurs.

A toutes les personnes qui nous ont aidés dans nos recherches et qui nous ont permis d'accéder aux sources documentaires, nous disons merci.

Nos remerciements s'adressent particulièrement à nos chers père et mère respectifs pour nous avoir envoyés à l'école ainsi qu'aux familles KIZA MUHATO, à la famille NTEZIRIJE Anatole, à Mon pasteur KIZA MUHATO, à la famille NDAYISHIMIYE Juvent pour leur soutien indéfectible qu'elles nous ont témoigné au cours de notre parcours académique.

A nos condisciples, à tous nos frères, Soeurs, nos amis et à toutes les personnes qui, d'une manière ou d'une autre ont contribué à l'aboutissement de ce travail, nous disons infiniment merci.

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1: Constitution d'une fibre optique 7

Figure 1.2: une seule paire de fibre optique 13

Figure 1.3: Un endoscope 14

Figure 1.4: chirugie 14

Figure 1.5: Capteur pour mesurer la pression dans les vaisseaux sanguins 15

Figure 1.6 : Eclairage 16

Figure 2.1 : schéma simplifié de la fibre optique 17

Figure 2.2 :schéma de principe d'une ligne de transmission sur Fibre optique 18

Figure 2.3 : Constitution générale d'une Fibre optique 20

26

Figure 3.1 : Structure d'un émetteur optique 27

Figure 3.2:Caractéristiques spectacles de la DEL 28

Figure 3.3 :caractéristiques spectacles de DL 29

Figure 4.1 :Multiplexage des possibilités d'accès à un canal donné. 34

Figure. 4.2 : Principe du multiplexage FDM. 36

Figure 4.3. Principe du multiplexage TDM. 37

Figure 4.4 : Multiplexage CDM 38

Figure 4.5: Schéma du multiplexage OTDM. 39

Figure 4.6 : Opportunité d'utilisation du multiplexage couplée à l'amplification optique. 41

Figure 4.7 : Schéma de principe du multiplexage WDM. 42

Figure 4.8. Schéma de principe d'un résonateur optique en anneau. 45

Figure 4.9 : Réflexion totale interne 46

Figure 4.10 : Interférence 46

Figure 4.11 : Couplage optique 47

Figure 5.1:La fenêtre principale de Rsoft. 49

Figure 5.2: La fenêtre principale de BandSOLVE (a). 50

Figure 5.3: La fenêtre principale de simulateur FullWAVE (a). 51

Figure 5.4: Fenêtre des paramètres de travail 52

Figure 5.5:Fenêtre de déclaration des variables 53

Figure 5.6: Définition des Propriétés de l'anneau 54

Figure 5.7:Structure de l'anneau 55

Figure 5.8: Paramètre de l'affichage de l'anneau 56

Figure 5.9: Définition des paramètres du premier guide d'onde 57

Figure 5.10: Structure complète de l'anneau . 58

Figure 5.11: Paramètres du profil d'indice 58

Figure 5.12: Affichage du profil d'indice 59

Figure 5.13: Définition des paramètres du premier time monitor. 60

Figure 5.14: Structure complète de l'anneau avec time monitor 61

Figure 5.15 :Paramètres de simulation 63

Figure 5.16 :Résultat de simulation sous l'excitation pulsed 64

Figure 5.17 :Traçage du spectre en longueur d'onde 65

Figure 5.18 :Résultat de simulation sous l'excitation CW 66

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2.1. Fenêtre de transmission 3

SIGLES ET ABREVIATIONS

APD Avalanche Photodetector Diode

ATM  Asynchronous Transfer Mode

AWG Arrayed Ware Guide grating

CCITT  Consultative Committee for International Telegraph and Telephone

CDM  Code Division Multiplexing

CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing

CW Center Wavelength

dB Decibel

DEL Diode Electroluminescence

DSL Digital Subscriber Line

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing

EDFA  Erbium Doped Fiber Amplifier

ETDM  Electronic Time Division Multiplexing

FBG Fibre Bragg Grating

FDM  Frequency Division Multiplexing

FGI Fibre à Gradient d'Indice

FP Fabry-Perot

FSI Fibre à Saut d'Indice

GHz Giga Hertz

ISO  International Organisation for Standardization

Km Kilométre

LASER Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation

LED Light Emetting Diode

MHZ Mega Hertz

Modem Modulator Demodulator

MRF  Multiplexage à répartition en fréquence

MRT  Multiplexage à répartition dans le temps

MUX  Multeplexer

OADM Optical Add/Drop Multiplexeurs

OC  Optical Conttaner

ON Ouverture Numerique

OSI  Open System Interconnection

OTDM  Optical Time Division Multiplexing

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy

PIN Postive Intrinsic Negative Photodiodes

RNIS  Réseau Numérique à Intégration de Services

SDH  Synchronous Digital Hierarchy

SDM Space Division Multiplexing

SONET Synchronous Optical Network

STM Synchronous Transport Module

TEB Taux d'Erreur Binaire

U-DWDM Ultra - Dense Wavelength Division Multiplexing

UIT  Union International des Telecommunications

VDSL Very High Bit Rate DSL

WDM Wavelength Division Multiplexing

TABLE DES MATIERES

DEDICACE Erreur ! Signet non défini.

REMERCIEMENTS ii

LISTE DES FIGURES iii

LISTE DES TABLEAUX iv

SIGLES ET ABREVIATIONS v

TABLE DES MATIERES vii

CHAPITRE. 0. INTRODUCTION GENERALE 1

0. 1.Problématique 1

0. 2. Hypothèse de travail 1

0.3. Choix et intérêt du sujet 2

0.4. Méthodologie de travail 2

0.5. Difficultés rencontrées 3

0.6. Subdivision du travail 3

CHAPITRE I. INTRODUCTION GENERALE SUR LES FIBRES OPTIQUES 5

I.1 Historique 5

I.2. Généralités 6

I.2.1. Fibre optique 6

I.2.2. Structures et types de fibres 7

I.3. Avantages de la fibre optique 10

I.4. Inconvénients 11

I.5. Câbles optiques et leurs applications 11

I.5.1. Câbles optiques 11

I.5.2. Les applications 12

I.5.2.1. Les télécommunications 12

I.5.2.2 La médecine 13

I.5.2.3. Les capteurs (température, pression, etc.) 15

I .5.2.4.l'éclairage 16

CHAPITRE II : LA LIAISON OPTIQUE 17

II.1. Définition de la fibre optique 17

II.2. Principe d'une liaison optique 17

II.3. Différents type de fibre optique 19

II.3.1. Introduction : 19

II.3.2 Notions sur la fibre : 19

II.3.2.1 .L'onde optique 19

II.3.2.2. L'indice de Réfraction : 20

II.3.2.3. Le rayon optique : 20

II.3.2.4. Propagation dans la fibre : 21

II.3.2.5. Ouverture numérique : 21

II.4. Différents type de fibre optique 21

II.4.1. Fibre Monomode(SM) 21

II.4.2. Fibre Multimode à saut d'indice 22

II.4.3. La fibre multimonomode à gradient d'indice 23

II.4.4. La fibre optique multi/monomode: comparaison 23

II.4.5. Propagation multimode 23

II.4.6. Longueur d'onde de coupure 24

II.5. Les fenêtres de transmission en optique 25

CHAPITRE III. LES EMETTEURS ET RECEPTEURS DE LUMIERE 26

III.1. Les émetteurs (LED et LASER) 26

III.1.1. Introduction : 26

III.1.1.1. Sources : 27

III.2. Les Récepteurs (Photodiode PN, PIN et APD...) 31

III.2.1. Introduction : 31

III.2.2. Photodétecteurs : 31

III.2.2.1. Effet photoélectrique : 31

III.2.2.2. Différents types de photodétecteurs : 31

CHAPITRE IV : LA TECHNIQUE DE MULTIPLEXAGE ET FILTRAGE OPTIQUE 33

IV.1. La technique de multiplexage 33

IV.1.1. Introduction générale 33

IV.2. Les différents types de multiplexages 35

IV.2.1. Multiplexage fréquentiel : FDM 35

IV.2.2. Multiplexage temporel : TDM 36

IV.2.3. Multiplexage de code : CDM 37

IV.2.4. Multiplexage temporel optique (OTDM : Optical Time Division Multiplexing). 39

IV.2.5. Multiplexage en longueur d'onde : WDM 39

IV.2.5.1. Principe 40

IV.3. Technique de filtrage en optique 43

IV.3. 1. Les paramètres essentiels 43

IV.3.2. Résonateur optique en anneau 44

IV.3.2.1. Définition et caractéristique d'un résonateur optique en anneau 44

IV.3.2.2. Structure et principe de fonctionnement 44

IV.4. Conditions nécessaires de fonctionnement 45

CHAPITRE V : SIMULATION D'UN RESONATEUR OPTIQUE EN ANNEAU VIA FULLWAVE 48

V.1. Description du logiciel de simulation 48

V.1.1.1. Introduction : 48

V.1.1.2. Le simulateur Rsoft : 48

V.2. Présentation des paramètres de simulation 51

V.3. Les étapes de la simulation 52

CONCLUSION GENERALE 66

BIBLIOGRAPHIE 69

CHAPITRE. 0. INTRODUCTION GENERALE

0. 1.Problématique

Les liaisons optiques analogiques sont connues à partir des années 90 suite à des progrès très significatifs dans les applications qui concernent le contrôle de réseaux d'antennes, les communications cellulaires et la distribution de signaux pour la télévision par câble. Les réseaux d'accès DSL déployés atteignent leurs limites en termes de débit et de portée. Or, le développement de nouveaux services de télécommunications implique une forte croissance du besoin en bande passante offerte aux utilisateurs. De ce fait, l'optique a fait son entrée dans nos foyers depuis quelques années, à travers les liaisons à très haut débit. Cette situation nous conduit, certes, à un certain nombre d'interrogations dont l'étude sera faite tout au long de ce travail :

ü Qu'est ce qui justifie le choix de la fibre optique par rapport aux autres supports de transmission ?

ü Quels sont les équipements utilisés dans une liaison optique?

ü Quel avantage tire-t-on avec la liaison optique ?

ü Quelles performances peut-on en attendre ?

ü Comment effectuer le multiplexage de plusieurs signaux dans une même fibre optique et comment effectuer un filtrage ultra sélectif ?

ü Pourquoi le choix du résonateur optique en anneau pour le filtrage optimal ?

0. 2. Hypothèse de travail

Dans le cadre de ce travail et eu égard à la problématique évoquée ci-dessus, nous émettons les hypothèses suivantes, à priori, qui apparaissent dans les lignes suivantes :

ü Le choix de la fibre optique lui, est lié à ses énormes caractéristiques et performances permettant d'augmenter considérablement les capacités des systèmes de transmission à haut débit

ü Pour établir une liaison optique, comparativement au système de transmission par onde radio, il faut aussi à la fibre optique : un émetteur, un support de transmission et un récepteur ;

ü La liaison à fibres optiques présente de nombreux avantages en performance de transmission tels que : une très faible atténuation, une très grande bande passante et des possibilités de multiplexage qui permettent d'atteindre de très hauts débits sur une très grande portée ;

ü Une performance en centaine de Méga bits par seconde.

ü Une possibilité de multiplexer plusieurs signaux dans une même fibre optique

ü Réaliser un filtrage ultra sélectif

0.3. Choix et Intérêt du sujet

Partant de certitude, nous disons que ce sujet revêtant d'une importance capitale a attiré notre attention car, il nous permet de connaitre et de comprendre explicitement la performance d'une liaison optique proposant de transporter simultanément de la parole téléphonique, des données informatiques et des applications multimédias à haut débit, sur un support de transmission sûr, capable de minimiser l'intégration de ses services et offrir un filtrage ultra sélectif à l'aide des différents filtres optiques comme le résonateur en anneau.

4. Méthodologie de travail

Compte tenu de la place et l'utilité de la méthode dans une recherche ou travail scientifique, nous avons fait recours à certaines méthodes et techniques qui nous permettront de répondre à notre préoccupation.

Ø Méthode

Pour l'élaboration de notre travail, nous avons fait recours à deux méthodes, nous citons :

- Méthode analytique

Cette méthode nous a permis d'analyser la performance de la liaison optique face aux différentes liaisons des systèmes de transmission.

- Méthode comparative

Cette méthode nous a aidés dans la comparaison des différents supports de transmission, de leurs avantages et inconvénients.

Ø Techniques

La technique est un outil mis en place à la disposition de recherche et organise la procédure d'un travail. Et celle pour laquelle nous avons opté pour celui-ci est la technique documentaire. Cette technique nous a permis de consulter les ouvrages, revus et les archives en rapport avec notre thème de recherche. En plus nous nous sommes servis de l'outil internet ainsi que la consultation des mémoires des autres étudiants.

0.5 Limitations

Compte tenu des contraintes diverses, entre autre celles liées au temps qui nous était imparti pour l'élaboration de ce travail, nous ne pouvons prétendre étaler notre recherche sur tous les supports de transmission de télécommunication. Nous allons nous limiter sur la performance de la liaison à fibres optiques.

0.6. Difficultés rencontrées

Dans la réalisation de ce travail, nous nous sommes heurtés à diverses difficultés dont l'énumération exhaustive serait impossible, les plus complexes étant :

- La faible documentation sur le sujet enquêté dans les bibliothèques locales ;

- La grande partie de notre documentation était tirée de l'Internet dont l'accessibilité n'est pas donnée à tout le monde.

0.7. Subdivision du travail

Outre l'introduction et la conclusion, ce travail s'articule autour de cinq chapitres.

ü Le premier chapitre parle de l'introduction générale sur la fibre optique ;

ü Le deuxième chapitre dégage la liaison optique ;

ü Le troisième chapitre porte sur les émetteurs et les récepteurs de lumière

ü Le quatrième chapitre s'intéresse à la technique de multiplexage et au filtrage en optique

ü Et enfin le cinquième chapitre porte sur la simulation d'un résonateur optique en anneau via Fullwave

CHAPITRE I. INTRODUCTION GENERALE SUR LES FIBRES OPTIQUES

I.1 Historique

Les réseaux de télécommunication dans les années 70 reposaient sur deux types de

systèmes de transmission : Le câble coaxial et les faisceaux hertziens.

C'est vers la fin des années 80 que vont apparaître les premiers systèmes de Transmission optique : une période de coexistence commence avec les autres réseaux. Ce développement commercial est l'aboutissement de plus de deux décennies de recherche de base pour obtenir des composants et dispositifs (en particulier des sources), mais aussi des fibres dont l'atténuation est compatible avec les exigences d'un réseau de télécommunication : en 1970, la compagnie Corning Glass Works de New York, produit la première fibre optique avec des pertes suffisamment faibles (20dB/km) pour être utilisée dans les réseaux de Télécommunication (actuellement les pertes sont de l'ordre de 0,2 dB/km).

Les premières années de l'optique sont marquées par des évolutions importantes :

· Le passage de la fibre multimode, utilisée dans les premières expérimentations, à la fibre monomode dont la connexion est plus problématique mais, qui propose des débits sans rapport avec la première.

La fibre multimode conserve cependant sa Pertinence dans d'autres domaines tels que l'aéronautique par exemple.

· Le passage successif de la première fenêtre de transmission autour de 850 nm (fibre multimode) à la deuxième autour de 1310 nm (minimum d'atténuation d'environ 0,3 à 0,4 dB/km), puis à celle autour de 1550 nm (minimum d'atténuation de 0,2 dB/km), qui est la norme aujourd'hui en matière de réseau. Ces changements de fenêtre de transmission ont été rendus possibles par l'amélioration des techniques de fabrication des préformes et au développement des sources optiques.

Si, dans les premières années, le réseau optique a un débit qui ne surpasse pas encore celui des lignes de transmission utilisant le câble coaxial, il présente quand même un avantage indéniable face à ce dernier : l'espacement entre chaque répéteur est plus important, de l'ordre de quelques dizaines de kilomètres (par exemple environ 70 km pour un système à 560 Mbit/s à 1550 nm).

Les réseaux de télécommunications reposent donc toujours sur deux systèmes, la radio et le câble qui était coaxial est devenu optique.

L'avantage de la fibre optique par rapport au câble coaxial (augmentation du pas de régénération et donc diminution des répéteurs et des coûts de fabrication des lignes de transmission) va trouver un champ d'application dans le domaine des télécommunications très longues distances (en particulier dans les lignes de transmission sous-marines) :les câbles optiques furent envisagés dès lors que la fiabilité des composants optiques permit de les immerger.

Le premier câble sous-marin transatlantique TAT 8 (Trans-ATlantic cable) utilisant des fibres optiques fut posé en 1988 et offre une capacité de 280Mbit/s par paire de fibres à 1310 nm.

TAT 9 qui suivit en 1991, travaille quant à lui à 1550 nm, avec une capacité de 560 Mbit/s par paire de fibres.

La notion de ligne de transmission «tout-optique» faisant appel exclusivement à la fibre

optique apparaît au début des années 1990.

De 1992 à 1996, vont se bâtir les réseaux « tout-optique » de grande capacité utilisant la fibre monomode standard appelée G-652 dans la norme ITU-T, chaque fibre étant capable de transporter un débit de 2,5 Gbit/s avec un pas moyen de régénération de 90 km.

I.2. Généralités

I.2.1. Fibre optique

Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété d'être un conducteur de la lumière et sert dans la transmission de données et de lumière. Elle offre un débit d'information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et peut servir de support à un réseau « large bande » par lequel transitent aussi bien la télévision, le téléphone, la visioconférence ou les données informatiques. Le principe de la fibre optique a été développé au cours des années 1970 dans les laboratoires de l'entreprise américaine Corning Glass Works (actuelle Corning Incorporated).

I.2.2. Structures et types de fibres

Une fibre optique est constituée de 3 éléments concentriques comme représenté ci-dessous:

Figure 1.1: Constitution d'une fibre optique



Le coeur: C'est dans cette zone, constituée de verre, que la lumière est guidée et se propage le long de la fibre.

La gaine: Couche de verre qui entoure le coeur. La composition du verre utilisé est différente de celle du coeur.

L'association de ces deux couches permet de confiner la lumière dans le coeur, par réflexion totale de la lumière à l'interface coeur-gaine.

La couche de protection: c'est un revêtement de protection mécanique généralement en PVC.

Ø Les deux types de fibre

La fibre multimode

La fibre monomode








Ø Perte du signal ou atténuation

La lumière, lorsqu'elle se propage le long de la fibre, s'atténue progressivement.

Cette atténuation s'exprime par une valeur en dB/km (décibel par kilomètre).

Cette atténuation dépend de la longueur d'onde, c'est-à-dire de la couleur (fréquence) de la lumière. En conséquence la longueur d'onde de la lumière utilisée pour transmettre un signal dans une fibre optique n'est pas choisie au hasard, elle correspond à un minimum d'atténuation.

La courbe d'atténuation a l'allure suivante: atténuation linéique (dB/km)



Les longueurs d'onde utilisées, et donc pour lesquelles des sources lumineuses ont été développées sont 850 nm (nanomètres) et 1300 nm en multimode, et 1310 nm et 1550 nm en monomode.

Exemple: Pour une utilisation à 850 nm, l'atténuation de lumière dans la fibre est de 3 dB au bout d'1 km de fibre (d'après le graphique).

Ø Bande passante

C'est une mesure de la capacité de transport de données d'une fibre optique.

Par exemple, une fibre peut avoir une bande passante de 400 MHz.km (méga-hertz kilomètre). Cela signifie qu'elle peut transporter 400MHz sur 1 km.

Une information (A, B ou C) se propage dans la fibre

Suivant n modes, ce qui la déforme, comme si elle se « Dédoublait » n fois (par exemple sur le schéma ci-dessus, le trajet suivant le mode 3 est plus long que celui suivant le mode 2, qui est lui-même plus long que le trajet Suivant le mode 1).

Si les informations arrivent trop rapprochées, elles risquent alors de se mélanger, et ne sont pas récupérables à la sortie de la fibre.

Il faut donc les espacer suffisamment, c'est- à- dire limiter le débit.

Une information (A, B, C) se propage dans la fibre suivant un seul mode, donc n'est déformée .on peut rapprocher beaucoup les informations c'est-à-dire obtenir un débit plus bien plus important

Cas Multimode

Cas Monomode






I.3. Avantages de la fibre optique

Les principaux avantages de la fibre optique sont les suivants:


· 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 d'atteindre 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, et > 10 GHz.km pour des fibres monomodes, comparées à 10 à 25 MHz.km pour des câbles électriques usuels.


· Insensibilité aux perturbations électromagnétiques: les fibres optiques sont immunes aux parasites Électromagnétiques, et elles mêmes n'émettent 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 d'effectuer des transmissions entre points de potentiels électriques différents, et au voisinage d'installations à haute tension.


· Taille et poids réduits: pour faire passer une quantité d'informations équivalente, le volume et la masse de câble à fibre optique à utiliser sont bien moindres qu'en câble électrique.

I.4. Inconvénients

Ø La difficulté de raccordement. La fibre optique est une alternative de plus en plus répandue aux câbles métalliques, qui utilise la lumière comme support des informations plutôt que l'électricité. Il faut donc ajouter deux étages transducteurs (les équipements destinés à convertir les signaux), l'un au départ, pour assurer la conversion électrique/lumière ; l'autre, à l'arrivée, pour la conversion inverse.

Ø Coût d'exploitation élevé. [2]

I.5. Câbles optiques et leurs applications

I.5.1. Câbles optiques

Fibre seule, c'est - à- dire les deux couches actives (coeur et gaine) et la couche de protection plastique, a un diamètre extérieur de 250 micros mètres

Elle est donc très fragile. Il faut donc constituer des câbles pour renforcer cette fibre et la rendre manipulable plus facilement. Il existe un très grand nombre de constructions de câbles différentes.



I.5.2. Les applications

I.5.2.1. Les télécommunications

En télécommunications, la fibre optique 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 optiques sont alors utilisées en particulier pour les réseaux à haut 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. [2]



Figure 1.2: une seule paire de fibre

I.5.2.2 La médecine

La première utilisation d'envergure de la fibre optique fut en médecine, domaine où elle est toujours grandement utilisée aujourd'hui.

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.



Figure 1.3: Un 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...



Figure 1.4: chirugie

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.

I.5.2.3. Les capteurs (température, pression, etc.)

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 subite 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. [5]



Figure 1.5: Capteur pour mesurer la pression dans les vaisseaux sanguins

I .5.2.4.L'éclairage

Dans le domaine de l'éclairage, les fibres optiques sont aussi très utilisées, en muséographie, architecture, et aménagement d'espaces d'agrément public et domestique.

Enfin, dans le balisage, la décoration, la signalétique d'orientation ou encore en signalisation routière, les fibres optiques sont des outils couramment utilisés.







Figure 1.6 : Eclairage

CHAPITRE II : LA LIAISON OPTIQUE

II.1. Définition de la fibre optique

Une fibre optique est un guide d'onde cylindrique qui transmet l'information sous forme de lumière à travers des longues distances avec un débit élevé.

Elle peut être représentée par une partie centrale (coeur) d'indice de réfraction n₁ entourée d'une gaine dont l'indice de réfraction n₂ est légèrement plus faible (Figure 2.1).

Le coeur, constitué d'un matériau diélectrique transparent, est généralement de la silice dopée en oxyde de germanium GeO₂ et/ou de potassium P₂O₅.

La plupart des fibres optiques ont un coeur de symétrie cylindrique autour d'un axe noté Oz appelé axe de propagation.

La section transverse présente une différence d'indice entre le coeur et la gaine qui peut être discontinue (fibre à saut d'indice) ou graduelle (fibre à gradient d'indice) .[19]



Figure 2.1 : schéma simplifié de la fibre optique

II.2. Principe d'une liaison optique

Comme nous l'avons vu en introduction, l'utilité de transmettre l'information de manière optique, est d'obtenir des débits de transmission très importants, et ceci sur les plus des distances possibles. Les avantages de l'utilisation de la fibre optique sont par exemple: la large bande passante (15 THz à ë = 1,3 et ë = 1,5 ìm), donc des débits binaires élevés, leurs affaiblissements minimisés, l'immunité électromagnétique, la faible sensibilité aux facteurs extérieurs (température, humidité..). Leurs faibles encombrements et leurs faibles poids... en font un support de transmission de premier choix.



Figure 2.2 schéma de principe d'une ligne de transmission sur Fibre optique

L'idée, pour transmettre l'information sur fibre optique, reste basée sur les principes, employés lors des transmissions en bande de base.

Dans notre cas, le canal de transmission sera réalisé à l'aide de fibre optique.

L'information sera codée (pour augmenter le gain de transmission), convertie en signal lumineux, puis modulée avec une source optique cohérente monochromatique (diode laser).

Permettant de porter le signal à ë = 1,55 ìm (fenêtre de transmission des systèmes actuels), bande spectrale où se trouve l'atténuation minimale des fibres optiques, qui sera de type monomodes, dont la principale caractéristique est d'avoir une atténuation d'environ 0,2 dB/km, bien inférieure aux autres type de fibre (gradient d'indice, multimode,...).

Propagé sur des distances, le plus souvent importantes (milliers de km), atténué et dispersé, le signal optique aura besoin d'être régénéré (R), remis en forme (2R) voir re-synchronisé (3R), rôle que devront remplir les répéteurs placés tout au long de la ligne. Enfin l'information pourra être récupérée après conversion optoélectronique (photodiode), remis en forme, démodulée (filtre passe-bas) ou ramenée en bande de base, re-synchronisée, puis décodée et corrigée (le taux d'erreur binaire accepté dans les systèmes actuels est un TEB<10^-12 norme de l'UIT, Union International des Télécommunication).

II.3. Différents type de fibre optique

II.3.1. Introduction :

Les fibres sont généralement réalisées en silice avec des dopants modificateurs d'indice, tels que GeO₂. Un revêtement protecteur est utilisé pour réduire la diaphonie entre fibres adjacentes et la micro courbure augmentant la perte qui apparaît lorsque les fibres sont appliquées contre des surfaces dépolies. Les fibres sont généralement intégrées dans des câbles afin d'être mieux protégées contre les conditions ambiantes.

II.3.2 Notions sur la fibre :

II.3.2.1 .L'onde optique

C'est une onde électromagnétique qui se propage dans la fibre caractérisé par:

- Un champ électrique E.

- Un champ magnétique H.

- Une direction de propagation.



Figure 2.3 Constitution générale d'une Fibre optique

II.3.2.2. L'indice de Réfraction :

On définit les milieux constituant la fibre optique (coeur, gaine) par l'indice de réfraction n.



II.3.2.3. Le rayon optique :

C'est la trajectoire de l'onde électromagnétique correspondant à la direction du vecteur d'onde.

II.3.2.4. Propagation dans la fibre :

La propagation des rayons optiques se fait par la réflexion successive sur l'interface coeur-gaine.

Pour que les rayons injectés dans la fibre soient totalement réfléchis par l'interface coeur-gaine, il est nécessaire que l'angle d'incidence soit supérieur à l'angle critique, cette condition impose l'existence à l'entrée de la fibre d'un cône d'acceptante (angle en sommet 2è_Acc), à l'intérieur du quel tout rayon injecté se propage par réflexion totale.

II.3.2.5. Ouverture numérique :

C'est un paramètre important qui nous renseigne sur la capacité qu'a une fibre pour propager les rayons optiques.

ON=sin (è_Acc)

II.4. Différents type de fibre optique

Suivant les modes de propagations qu'elles utilisent, les fibres optiques peuvent être classées en 3 catégories:

ï Les fibres monomodes

ï Les fibres multimodes à saut d'indice

ï Les fibres multimodes à gradient d'indice

II.4.1. Fibre Monomode(SM)

Le diamètre de la fibre étant plus petit, elle transporte le signal sur un seul chemin lumineux. Elle est surtout utilisée pour des très longues distances. C'est ce type de fibre qui présente les plus grandes performances mais son coût est relativement élevé, et les raccordements sont très délicats par rapport aux fibres multimodes. Diamètre du coeur 5 à 10 ìm, gaine 125 ìm ; Bande passante très élevée de l'ordre du térahertz au km ; Atténuation très faible 0.5dB/km à 13 ìm et 0.2dB/km à 1.55 ìm. Utilisée essentiellement par des opérateurs des télécommunications. Actuellement des liaisons de 100 à 500 km sans répéteurs sont possibles. [12]



II.4.2. Fibre Multimode à saut d'indice

La lumière se réfléchit angulairement (en Zig-Zag).

C'est le plus courant dans les entreprises.

ï L'indice de réfraction du coeur de la fibre est constant ;

ï Diamètre du coeur 50ìm ou 62.5ìm le plus souvent, gaine 125ìm 

ï Atténuation faible : 3dB/km à saut 0,85ìm



II.4.3. Fibre multimode à gradient d'indice

La lumière suit une trajectoire sinusoïdale.

Elle est utilisée pour des lignes téléphoniques de moyenne portée.

ï Diamètre du coeur 50ìm ou 62.5ìm, gaine 125ìm 

ï Atténuation faible : 3dB/km à 0,85ìm



II.4.4. La fibre optique multi/monomode: comparaison

- La fibre multimode :

A été la première à être utilisée.

Est facile à utiliser (gros coeur ~ tolérances élevées) mais a une limitation intrinsèque de bande passante.

Réservée aux courtes distances : réseaux informatiques.

- La fibre monomode :

A une bande passante pratiquement infinie (en théorie) mais requiert des composants chers et des tolérances faibles.

Est devenue la solution universelle des systèmes de télécommunications.

II.4.5. Propagation multimode

On définit le paramètre V (fréquence normalisée) avec a : rayon du coeur (V < 2.405 si monomode)



Ø Le rayon lumineux a plusieurs manières de se propager dans le coeur de la fibre, chaque mode ayant une vitesse de propagation propre (vitesse suivant l'axe de propagation)

II.4.6. Longueur d'onde de coupure

Le guidage du mode varie avec la longueur d'onde :

- Aux grandes longueurs d'onde le mode est guidé.

- Aux courtes longueurs d'onde, le mode est guidé mais des modes d'ordre supérieur sont guidés aussi.

La longueur d'onde de coupure est celle au-dessus de laquelle la fibre devient monomode.



a = rayon du coeur

- En dessous de c_l le mode fondamental perd de l'énergie au profit de modes d'ordre supérieur.

II.5. Les fenêtres de transmission en optique

Nous présenterons dans le tableau 2.1, les fenêtres de transmission optique.

Fenêtre	Première	Deuxième	Troisième
Longueur d'onde	850nm	1300nm	1550nm
Type de fibre Optique	Multimode	Multimode et momomode	Monomode
Attenuation	Forte 2 à 4 dB/km	Faible(0,4 à 1 dB/km)	Tres faible(0,2 dB/km
Dispersion chromatique	Forte	Quasi nulle	Faible, non nulle, très faible dans les fibres a dispersion décalée
Emetteurs	DEL,Lasers (très hauts débits)	DEL	Diodes laser DFB (monochromatique
Récepteurs (Matériaux)	Silicium	GaInASP/InPGe,HgCdte (très peu employés)
Applications	Transmissions courtes distances, réseaux locaux, gigabit à très courtes distance	Transmissions moyennes et longues distances MAN et LAN haut débit	Transmissions très longues distances (WAN) et amplification optique
Multiplexage	Entre les deux fenêtres par exemple : une par sens		«dense» (nombreux canaux dans la même fenêtre)

Tableau 2.1. Fenêtre de transmission

La première fenêtre à 850 nm (3,53.105 GHZ) correspond à l'utilisation de coupleurs à coût minimal. Ce n'est pas l'optimum d'utilisation des fibres, mais dans les liaisons à faible distance, comme dans les réseaux locaux, cette fenêtre est parfaitement adaptée. Généralement, on lui préfère la fenêtre de 1300 nm

(2,3.105 GHz), l'atténuation n'est alors que l'environ 0,5 dB/km. La fenêtre située à 1550 nm (1,93.105 GHz) a l'avantage de ne présenter qu'une atténuation d'environ 0,2 dB/km, mais les coupleurs sont plus coûteux.

CHAPITRE III. LES EMETTEURS ET RECEPTEURS DE LUMIERE

III.1. Les émetteurs (LED et LASER)

III.1.1. Introduction :

Cette invention consiste à réduire, supprimer ou inverser les champs électriques par polarisation qui se produisent naturellement dans un émetteur de lumière à semi-conducteur avec couches de cristaux à croissance en direction polaire, ceci dans le but d'améliorer l'efficacité de fonctionnement de l'émetteur de lumière et le confinement du vecteur.

Le procédé utilisé consiste à réduire les différentes compositions n entre les couches de cristaux adjacentes en agençant une ou plusieurs couches pour générer des charges spatiales et des quasi-champs qui opposent des charges induites par polarisation; incorporer au semi-conducteur diverses impuretés qui s'ionisent dans un état de charge opposé aux charges induites par polarisation; inverser la séquence des couches atomiques chargées; inverser la séquence de croissance des couches de type n et de type p dans le dispositif; utiliser un système d'émission multicouche à la place d'une région uniformément active; et/ou changer la constante du réseau planaire du matériau.

Figure 3.1. Structure d'un émetteur optique

Emetteur optique  comprend une source de lumière à longueur d'onde variable et un modulateur. Ce modulateur est utilisé pour moduler et émettre la lumière émise de la source de lumière à longueur d'onde variable conformément à des données à transmettre. L'émetteur optique comprend aussi une unité de commande pour faire varier la tension de polarisation du modulateur. Cette unité de commande est conçue de manière à faire varier la tension de polarisation du modulateur en se basant sur la puissance d'émission de lumière du modulateur. Cela se fait pour effectuer une commande d'asservissement de la puissance d'émission de lumière du modulateur pendant la commutation de la longueur d'onde d'émission de la source de lumière à longueur d'onde variable.

Le choix d'émetteur pour une communication optique s'est porté essentiellement sur les semi-conducteurs vus leurs faibles dimensions et leurs grandes fiabilités de transmissions.

III.1.1.1. Sources :

Les sources optiques sont des composants actifs dans le domaine de la communication par fibre optique. Leurs fonctions fondamentales sont de convertir une énergie électrique en une énergie optique (conversion électro-optique) avec un rendement satisfaisant et assurer un bon couplage avec la fibre. En télécommunication optique la nécessité d'utiliser des bandes passantes de plus en plus larges impose le choix des sources à spectres réduites telles que les diodes laser (DL) et les diodes électroluminescentes (DEL), ces deux sources sont réalisées à partir de jonction PN polarisée en direct, le principe d'émission est dû à la recombinaison des paires électron-trou.

A) Les diodes électroluminescentes : DEL

Les diodes sont constituées, suivant le principe de base, d'un cristal semi-conducteur

Possédant deux couches dopées de manières : une couche P positive possédant des trous (emplacements où il manque un électron pour que les atomes soient complets) et une couche N négative possédant des électrons libres.

Une diode semi-conductrice qui émet de la lumière par émission spontanée, est appelée diode électroluminescente. La qualité de conversion du courant électrique en lumière est décrite par le rendement quantique, qui désigne le rapport entre le nombre de photons émis par unité de temps et le nombre de charges transportées à travers la jonction-PN de la diode semi-conductrice.

Les diodes électroluminescentes de structure simple, ou homojonction, présentent deux inconvénients majeurs : la lumière (générée) est émise dans toutes les directions d'où pertes importantes et la largeur de signal émis est grande, environ 40nm.

Par contre, leurs avantages sont une grande facilité de " pilotage " et une durée de vie de l'ordre 10⁵ à 10⁷ heures.



Figure 3.2. Caractéristiques spectacles de la DEL

B) Les diodes laser : DL

Depuis le début des télécommunications par fibre optique, le choix des sources optiques s'est porté sur les émetteurs à semi conducteur à cause de leurs petites dimensions en rapport avec celles du coeur des fibres optiques, de la relative facilité que l'on a à moduler directement la lumière émise en agissant sur le courant, de leur spectre optique relativement étroit et de leur faible consommation énergétique. [7]

Ainsi la diode laser est la source la mieux adaptée pour les télécommunications optiques car elle permet d'avoir la meilleure efficacité de couplage optique avec la fibre.

LASER est l'abréviation de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Signifie amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement. Contrairement à la diode électroluminescente où l'émission est spontanée.

Les diodes laser se caractérisent par l'étroitesse de la longueur d'onde qu'elles émettent, le spectre émis se composant de plusieurs raies centrées autour de la longueur d'onde principale.



Figure 3.3 caractéristiques spectacles de DL

Les caractéristiques spectrales des sources:

? Les systèmes des longueurs pratiques utilisent des sources à semi-conducteur émettant autour de ë=0,85ìm, ë=1,3ìm ou ë=1,55ìm (les bandes de fréquences utilisées autour de ces trois longueurs d'onde sont appelées « fenêtres de télécommunication »).

? Les sources sont caractérisées par leur spectre et leur diagramme de rayonnement.

? La puissance de sortie: pour augmenter la portée d'une liaison on doit émettre la plus grande puissance possible sans néanmoins dépasser un certain seuil (20kw/cm2).

? Actuellement le seul type de source utilisée est la diode laser qui présente un spectre de raies très fines (entre 0,2 et 1Mhz lorsque le laser émet 1mw).

B.1. modulateurs :

Un modulateur, c'est un système capable de modifier les paramètres de la lumière

(Essentiellement amplitude et ou phase ; mais cela pourrait être : polarisation, direction de propagation, fréquence, répartition de modes, etc.) en fonction d'un signal de commande. Un modulateur est un système d'interaction.

Les interactions entre phénomène physique de nature différente mécanique (ou élastique), acoustique, magnétique, etc.

On peut moduler ces sources de deux manières différentes :

B.1.1. Modulation directe : on agit sur le courant de jonction qui provoque l'effet laser.

En première approximation, la puissance optique délivrée varie linéairement en fonction du courant.

Ce type de modulation provoque une modification dynamique du spectre due à la conversion amplitude-fréquence et du diagramme de rayonnement, avec des effets nuisibles aux grandes vitesses de modulation.

B.1.2.Modulation externe : le champ émis par la source n'est pas modulé et passé par un circuit optique spécial où l'on peut provoquer une modulation de phase ou d'amplitude. Les modulateurs d'amplitude ne présentent aucune propriété de linéarité mais introduisent beaucoup moins de conversion amplitude-fréquence.

Le signal modulé envoyé dans la fibre est donc nettement moins affecté par ce phénomène mais également moins puissant que dans le cas de la modulation directe.

Le principe physique utilisé dans ces modulateurs externes est soit la variation de l'indice de réfraction soit la variation de l'absorption (dispositifs à base de semi-conducteurs)

III.2. Les Récepteurs (Photodiode PN, PIN et APD...)

III.2.1. Introduction :

Le but du récepteur est d'extraire avec des moyens fiables l'information transmise à partir du signal optique reçu.

III.2.2. Photodétecteurs :

Le photodétecteur est un semi-conducteur de jonction PN polarisé en inverse permet la conversion du signal optique reçu (les photons) en signal électrique par l'effet photoélectrique.

III.2.2.1. Effet photoélectrique :

Sous l'effet d'un photon d'énergie suffisante, un électron est arraché de la bande de valence et passe dans la bande de conduction, produisant une paire de porteurs libre électron-trou.

Ces porteurs sont dissociés par le champ électrique et participent à la création d'un photocourant.

III.2.2.2. Différents types de photodétecteurs :

Les photodiodes peuvent être classées en deux catégories : celles qui n'ont aucun gain

interne PN et PIN, et celles qui ont un gain interne AVALANCHE (APD).


· PIN: Positive Intrinsic Negative Photodiodes.

Ce sont également des dispositifs à semi-conducteurs qui possèdent une région intrinsèque (faiblement dopée) prise en sandwich entre une région de type p et une région de type n.

Lorsqu'il est polarisé en inverse, ce composant émet un courant proportionnel à la puissance optique incidente.


· APD: Avalanche Photo Diode. Ce sont des composants semi-conducteurs qui réagissent à l'intrusion de photon dans la zone de jonction PN par le déclenchement d'une avalanche électronique.

Ce phénomène crée un courant électrique conséquent à partir de très peu de photon incident.

Les photodétecteurs de type APD présentent de meilleures performances à 2,5 et 10 Gb/s que les types PIN.

Leur coût est également plus élevé. Néanmoins, pour les débits élevés à 40Gb/s, des prototypes de photodiodes de type PIN surpassent les types APD.

Les types PIN pourraient alors reprendre du terrain à ces fréquences sur le type APD.

C) Caractéristique d'un photodétecteur :

Le photodétecteur est caractérisé par :


· Rendement quantique :

Il nous renseigne sur le taux de conversion des photons en paires électron-trous. Il est définit comme étant le nombre d'électron crées (ne), et le nombre de photon incident (np).

Nq


· Longueur d'onde de coupure :

Elle correspond à la longueur d'onde maximal ëc qui peut être absorbé par un matériau

donné.

ë= ëc ? Photon incident absorbé(création d'une paires électron-trou).

ë> ëc ? Photon incident non absorbé.


· Sensibilité :

Elle caractérise le rendement global de conversion de la puissance lumineuse.

CHAPITRE IV : LA TECHNIQUE DE MULTIPLEXAGE ET FILTRAGE OPTIQUE

IV.1. La technique de multiplexage

IV.1.1. Introduction générale

Le multiplexage est une technique permettant de véhiculer plusieurs signaux indépendants à travers un seul support de transmission via un signal composite. Le multiplexage a pour effet évident de réduire le nombre de fils nécessaire à la lecture de plusieurs capteurs et est d'autant plus incontournable que leurs nombre est grand. Il n'aura échappé à personne que dans nos voitures et nos maisons le nombre de capteurs a explosé depuis une dizaine d'années rendant incontournables le recours à des techniques de multiplexage. Le fil de téléphone en est un parfait exemple : il n'ya que quelques années cette paire torsadée ne nous permettait que de téléphoner. Aujourd'hui presque tout le monde reçoit par cette même et unique paire torsadée Internet, la Télévision et bien sûr le Téléphone ...et le mieux ce que l'on peut téléphoner tout en étant sur Internet et en regardant la Télévision. Un dernier point sur cet exemple : pour permettre cette évolution, il a quand même valu retirer le filtre de votre ligne téléphonique .C'est important, qu'il soit temporel ou fréquentiel, un système de multiplexage nécessite un accroissement de la bande passante du canal de transmission par rapport à un système non multiplexé (pour Internet et Téléphone, c'est un peu plus subtil, mais l'idée y est quand même). [20]

Afin de limiter les risques d'engorgement des canaux de transmission utilisés, il convient de rendre multiples, ou "multiplexer", les possibilités d'accès à un canal donné (cf. Figure 4.1).

Le multiplexage est l'opération qui consiste à grouper plusieurs voies, attribuées chacune à une communication, de façon à les transmettre simultanément sur le même support physique (câble, fréquence porteuse d'une liaison radioélectrique, satellite, ...) sans qu'elles se mélangent ou se perturbent mutuellement.

A la réception, un démultiplexage aussi parfait que possible doit permettre de séparer ces voies et de les restituer sous leur forme originale. Ce partage des ressources disponibles nécessite que chacune d'entre elles soit isolée des autres, il faut donc s'assurer de l'orthogonalité des ressources.

La bande passante potentielle d'une fibre optique, définie comme la fenêtre sur laquelle l'atténuation reste suffisamment faible pour permettre la transmission, est très importante.

Elle est de 15 THz autour de chacune des fenêtres 1.55ìm et1.3ìm. Théoriquement, on peut atteindre des débits extrêmement élevés. Cependant, l'utilisation de cette capacité rencontre de nombreux problèmes, ne serait-ce que la dégradation due à l'interférence entre symboles provoquée par la dispersion de la fibre, qui devient de plus en plus importante lorsque le débit augmente, et le traitement électronique des signaux avant la modulation et après la détection.

C'est pourquoi diverses solutions ont été imaginées pour profiter des capacités de la fibre optique et donc augmenter le transfert d'informations sur un même support.

Dans la plupart des cas, le principe reste identique : utiliser N signaux au débit nominal D équivalent en terme de capacité à un signal au débit N*D : c'est ce qu'on appelle le multiplexage.

Les débits transportés sont désormais plus importants. Le signal concentré des flux d'origines diverses est appelé signal multiplex. Pour préserver l'intégrité de chaque signal sur le canal, le multiplexage introduit, entre les signaux, une séparation temporelle, spatiale ou fréquentielle.



Figure 4.1 Multiplexage des possibilités d'accès à un canal donné.

Toutes ces liaisons peuvent être bilatérales (duplex).

Il existe essentiellement trois formes de multiplexage dans la gamme radiofréquence et

hyperfréquence : le multiplexage fréquentiel ou spectral (FDM, Frequency Division Multiplex, ou FDMA, Frequency Division Multiple Access), le multiplexage temporel (TDM, Time Division Multiplex, ou TDMA) et le multiplexage de code (CDM, Code Division Multiplex, ou CDMA).

Dans les deux premiers cas, on fractionne en temps ou en fréquence un canal de transmission pour le répartir entre différents utilisateurs.

Dans le troisième cas, ce sont les utilisateurs qui sont rendus orthogonaux entre eux. Ces différentes formes de multiplexage sont la plupart du temps combinées dans les systèmes existants, ainsi qu'avec le multiplexage "géographique" : si deux ensembles émetteur/récepteur sont suffisamment éloignés l'un de l'autre, ils peuvent utiliser la même fréquence sans interférer (voir l'organisation cellulaire des communications mobiles, illustrée sur la Figure 4.1).

Enfin, une nouvelle forme de multiplexage, spécifique à la propagation sur des fibres optiques, s'est récemment développée : le WDM (Wavelength Division Multiplex).

IV.2. Les différents types de multiplexages

IV.2.1. Multiplexage fréquentiel : FDM

Les utilisateurs se partagent le canal en fréquence, comme illustré sur la Figure 4.2. Cette technique est l'une des plus anciennes : elle est utilisée depuis environ un siècle. Transmission ne s'effectue pas en Bande de base mais avec différentes translations de fréquence sur un même support Physique, chaque canal étant associé à une bande de fréquence et une porteuse (10 000 Voies entre 4 et 60 Mhz): défavorable en numérique. Chaque utilisateur à qui le système a alloué un canal de fréquence peut émettre en continu, mais seulement dans le canal de fréquence qui lui est attribué. A la réception, un filtre passe-bande sélectif est utilisé pour démoduler le signal correspondant à un unique utilisateur tout en évitant les interférences avec les signaux présents dans d'autres domaines fréquentiels. [6]



Figure. 4.2. Principe du multiplexage FDM.

Par exemple la première étape d'une transmission téléphonique analogique regroupe douze voies de 4 kHz comprises entre 60 et 108 kHz. De même, les canaux de télévision d'un même secteur sont espacés de 8 MHz.Il est à noter enfin que toutes les méthodes de multiplexage ont toujours une composante FDM, ne serait-ce que parce que le spectre radiofréquence est séparé en plusieurs bandes dédiées à des applications différentes.

IV.2.2. Multiplexage temporel : TDM

Les utilisateurs se partagent le canal en temps, comme illustré sur la Figure 4.3. Celui-ci est découpé en intervalles de longueur fixe. Un émetteur n'émet pas en continu, mais seulement à certains de ces intervalles, et ceci de manière périodique.



Figure 4.3. Principe du multiplexage TDM.

Une application pratique concerne la téléphonie numérique.

Chaque voie de 4 kHz est échantillonnée à 8 kHz et les échantillons codés avec 8 bits.

Ät vaut alors 125 ìs et N est choisi égal à 32. Les 8 bits de chaque voie correspondent donc à 3,9 ìs et la transmission s'effectue à 2048 Kbits/s = 2 Mbits/s. Il s'agit du MIC 30 voies, deux voies étant réservées aux contrôles. Le standard européen de téléphonie mobile GSM utilise la technique TDMA (combinée au FDM) pour multiplexer des canaux espacés de 200 kHz.

Ces canaux sont par exemple au nombre de 124 autour de 900 MHz (norme GSM900, Global System for Mobile communication, en développement depuis 1993), et 375 autour de 1800 MHz (norme DCS1800, Digital Communication System, en développement depuis 1996).

IV.2.3. Multiplexage de code : CDM

Pour une transmission numérique, on peut envisager de permettre à n voies de transmettre leur information simultanément et dans la même bande de fréquences (cf. Figure 4.4).

Les utilisateurs qui sont acceptés par le système peuvent émettre en continu dans toute la largeur de bande disponible (qui reste cependant limitée par un multiplexage FDM supplémentaire).

La discrimination des n voies doit alors être réalisée par l'usage de codes orthogonaux entre eux (codes à inter corrélation nulle), dont les éléments sont appelés "chips" ou bribes. On obtient ainsi un multiplexage de codes par "étalement de spectre" : chaque utilisateur émet avec un code qui lui est propre, les données à émettre étant "étalées" par un code de débit plus élevé que celui des données. Chaque récepteur corrèle les signaux multiplexés qu'il reçoit avec la séquence convenue, caractéristique de son émetteur partenaire. Il reconstitue ainsi l'information qui lui est destinée, tous les autres signaux du multiplexage résultant en corrélation nulle.

Les émissions dues aux autres utilisateurs sont vues comme un pseudo-bruit à large bande.



Figure 4.4 : Multiplexage CDM

La norme américaine IS95 (ou CDMA One) de téléphonie cellulaire de 2^ème génération est basée sur l'utilisation de cette technique d'accès multiples. L'espacement entre les 20 différents canaux (autour de 800 ou 900 MHz, gérés par FDM) est d'environ 1,23 MHz. La norme UMTS (Universal Mobile Telephone System) utilisera également un mode d'accès multiple du type CDMA (on envisage en fait l'utilisation de deux variantes possibles de la technique CDMA suivant la bande de fréquence utilisée).

IV.2.4. Multiplexage temporel optique (OTDM).

Le multiplexage temporel peut être réalisé optiquement. L'émetteur est constitué de N sources optiques en parallèle modulées au débit Db bits/s. Cette technique nécessite que les signaux optiques soient ensuite codés de type RZ pour que les impulsions codées aient désormais une durée inférieure à T/N et que le multiplexage optique puisse se faire sans recouvrement optique.

Par exemple, un signal modulé à 40 Gbits/s peut être obtenu par multiplexage des sorties codées RZ de 4 modulateurs optiques attaqués par des trains à 10 Gbits/s.



Figure 4.5: Schéma du multiplexage OTDM.

IV.2.5. Multiplexage en longueur d'onde : WDM

Ce type de multiplexage est utilisé pour la propagation sur des fibres optiques (monomodes) qui présentent des largeurs de bande disponibles extrêmement importantes (des liaisons à 5 Gbit/s par longueur d'onde sont actuellement en exploitation, des liaisons à 10 Gbit/s sont en cours de déploiement, et des démonstrateurs à 20 Gbit/s ont déjà été réalisé). [16]

Il consiste à exploiter simultanément plusieurs "fenêtres" optiques sur la même fibre. La combinaison des émissions à des longueurs d'ondes différentes peut être faite à l'aide d'un coupleur. La séparation des longueurs d'onde à la réception exige une fibre optique sélective en longueur d'onde.

IV.2.5.1. Principe

La technologie WDM est née de l'idée d'injecter simultanément dans la même fibre optique plusieurs trains de signaux numériques à la même vitesse de modulation, mais chacun à une longueur d'onde distincte. A l'émission, on multiplexe N canaux au débit nominal D, à la réception, on démultiplexe le signal global N x D en N canaux : la fibre transporte un multiple de N canaux ce qui est par conséquent équivalent en terme de capacité à N fibres transportant chacune un canal. Avant l'avènement du multiplexage en longueur d'onde, la seule manière d'accroître la capacité d'une liaison optique était de rajouter des lignes de transmission et l'empilement des répéteurs-régénérateurs. De ce fait, en technologie WDM, un seul amplificateur optique se substitue aux N régénérateurs en chaque site de ligne, procurant ainsi une économie d'équipements croissante avec la longueur de la liaison et le nombre de canaux.

Ce fut le véritable point de départ du développement des systèmes de transmission longue portée (typiquement entre 150 et 600 km)



Figure 4.6 : Opportunité d'utilisation du multiplexage couplée à l'amplification optique.



Figure 4.7 : Schéma de principe du multiplexage WDM.

L'utilisation du multiplexage WDM nécessite un ensemble de diodes lasers émettant à des longueurs d'onde différentes mais assez proches (dans le voisinage des 1550 nm), et de multiplexeurs/démultiplexeurs optiques pour combiner/séparer l'ensemble des signaux optiques dans/de la fibre.

Après avoir défini le principe général du multiplexage en longueur d'onde, il est à présent opportun de voir comment et quels sont les composants mis en oeuvre pour le réaliser. [16]

IV.3. Technique de filtrage en optique

Le rôle du filtre en longueur d'onde est de sélectionner un canal parmi M différentes porteuses du Multiplex.

Les filtres sont classifiables selon plusieurs familles :

· Filtre interférométrique de Fabry-Pérot.

· Filtre interférométrique de Mac-Zender

· Filtres de Bragg

· Filtres acousto-optiques et électro-optiques.

· Les filtres résonateurs qui feront l'objet de notre simulation

IV.3. 1. Les paramètres essentiels

La bande de fréquence appelée Tuning Range délimite la bande ou le filtre est réglable.

Typiquement on trouve =4.4 THz centré à 193.1 THz.

L'espacement minimum entre 2 canaux juxtaposés (sélectivité) afin d'assurer un cross talk minimum, , sachant que l'écart entre deux canaux du multiplex est en général de 0.8 nm. [1]

Le nombre maximal de canaux N en maintenant un cross talk minimum, N = /

D'autres paramètres sont aussi nécessaires pour analyser un filtre : temps d'accès, dépendance en fonction de la polarisation, consommation de puissance .Bien qu'il existe une grande diversité de filtres en optique, dans notre étude nous nous sommes intéressés aux filtres résonateurs car les recherches ont révélé que ce sont eux qui réalisent un filtrage ultra sélectif qu'exige le multiplexage WDM.

IV.3.2. Résonateur optique en anneau

IV.3.2.1. Définition et caractéristique d'un résonateur optique en anneau

Un résonateur en anneau est un dispositif dans lequel certains rayons lumineux sont susceptibles de rester confinés grâces à des miroirs sur lesquels ils se réfléchissent.

Ce type de dispositif a plusieurs résonances ce qui le rend très utile pour filtrer différentes longueurs d'ondes.

Nous avons deux types des résonateurs optiques, qui sont les résonateurs à modes galerie et boucles de fibre. Les modes galeries sont excités par le laser porteur de l'onde hyperfréquence. Le laser utilisé pour la caractérisation de ces résonateurs est un laser à fibre dopée erbium amplifié de très faible largeur de raie et les modes boucles de fibre travaille avec un peigne de fréquences unique dans le résonateur

D'autre part, le couplage du laser dans ce résonateur devient direct en utilisant des lasers fibrés, ce qui permet d'avoir un couplage stable, mais aussi d'intégrer le système.

IV.3.2.2. Structure et principe de fonctionnement

Un résonateur optique en anneau est constitué de quatre ports répartis sur deux guides plans symétriques renfermant un anneau et dans le quel une partie de la lumière incidente dans le port « input » sera couplée selon une condition spécifique dans l'anneau, où un autre phénomène surgit, la lumière s'interfère sur elle-même et gagne en intensité après plusieurs tours suivant l'interférence constructive. Cette lumière sera de nouvelle couplée et envoyé vers le port « drop ».

[5]

Figure 4.8. Schéma de principe d'un résonateur optique en anneau.

IV.4. Conditions nécessaires de fonctionnement

Le fonctionnement d'un résonateur optique en anneau repose sur trois phénomènes optiques fondamentaux à savoir : la réflexion totale interne, l'interférence lumineuse et le couplage optique :

§ Réflexion totale interne:

Il existe deux conditions nécessaires pour que le guidage optique d'une onde électromagnétique soit possible. D'abord sur les indices de réfraction :

v il faut obligatoirement que n₂ soit supérieur à n₁ et n₃. Ensuite sur les angles :

v il faut que l'angle d'incidence doit être supérieur à l'angle critique déduit à partir des lois de Snell-Descartes

Figure 4.9 : Réflexion totale interne



§ Interférence lumineuse

Le phénomène d'interférence se produit lorsque deux ondes de même nature se propagent dans la même direction, pour former une onde dont l'amplitude dépend des phases de celles-ci. Lorsque les ondes sont en opposition de phase, on parle d'interférence destructive, l'onde qui en résulte est nulle. Mais lorsqu'elles sont en phase, l'interférence est dite constructive et l'onde qui en résulte prend pour amplitude, la somme des amplitudes des deux ondes. [1]

Figure 4.10 : Interférence lumineuse



§ Le couplage optique

Le passage de la lumière du guide d'entrée vers l'anneau représente la partie la plus importante pour avoir un bon fonctionnement, le couplage optique est dû à la nature ondulatoire de la lumière, il dépend de trois paramètres :

v la distance entre le guide d'onde et l'anneau

v la zone de couplage

v l'indice de réfraction du milieu entre le guide d'onde et l'anneau.

Pour le couplage optique optimal, la distance entre l'anneau et le guide d'onde doit être très petite pour faciliter le passage, si cette distance est grande, la lumière passe directement à travers le guide d'onde sans passer dans l'anneau .Aussi le choix du rayon de l'anneau est très important car celui-ci doit être grand, pour qu'il y ait plus d'interaction avec le guide, en d'autres termes la courbure de l'anneau à laquelle la lumière va être couplée doit être grande.

Couplage optique

Figure 4.11 : Couplage optique



CHAPITRE V : SIMULATION D'UN RESONATEUR OPTIQUE EN ANNEAU VIA FULLWAVE

V.1. Description du logiciel de simulation

V.1.1.1. Introduction :

La modélisation des cristaux photonique nécessite en général un gros investissement en programmation et en analyse numérique et constitue une activité exigeante en compétence et en temps.

Plusieurs méthodes de simulations sont utilisées pour l'étude de ces matériaux, comme la méthode des différences finies dans le domaine temporal (Finite Différence Time Domaine, FDTD), la méthode des ondes planes (Plane Wave Expansion, PWE), la méthode de la décomposition en mode propre (Eigen Mode Expansion, EME),...etc.

La méthode FDTD et la méthode des ondes planes sont les plus utilisée pour La Modélisation. Nous avons utilisé le BandSOLVE et le FullWAVE pour modélises des structure à bande interdite photonique 2D, pour ce travail nous avons utilisé le BandSOLVE pour calculer les diagrammes des bandes interdites et le FullWAVE pour calculer l'intensité du mode de défaut.

V.1.1.2. Le simulateur Rsoft :

La fenêtre de programme de CAD comporte une barre de menus en haut de la fenêtre, d'une barre d'outils qui porte plusieurs icônes et la ligne d'état (voir figure 5.1).



Figure 5.1:La fenêtre principale de Rsoft.

· BandSOLVE :

BandSOLVE est un module de simulation pour la génération et l'analyse des structures à bandes interdites photoniques. Ce module de simulation utilise la méthode des ondes planes pour calculer les bandes interdites structures périodique.

BandSOLVE est idéal pour la réalisation de structures de bande pour les structures à bande interdite photonique classique tels que des guides d'ondes 2D et 3D à cristal photonique, des sites de défauts. En outre, il peut être appliqué à des structures de fibres tels que les fibres à cristal photonique et des fibres à bande interdite photonique, qui sont particulièrement difficiles pour les autres techniques de simulation.

En particulier, BandSOLVE est particulièrement utile pour l'optimisation des propriétés de structure de bandes des cristaux photoniques, qui sont ensuite simulées dans le FullWAVE d'examiner la propagation de la lumière dans les matériaux BIP.



Figure 5.2: La fenêtre principale de BandSOLVE (a).

· FullWAVE :

Le moteur de simulation FullWAVE est une partie de Rsoft photonique, Il est basé sur la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Il calcule le champ électromagnétique en fonction du temps et de l'espace dans une structure d'index donné en réponse à une excitation électromagnétique donnée. Le FullWAVE est idéal pour étudier la propagation de la lumière dans une grande variété de structures photoniques.



Figure 5.3: La fenêtre principale de simulateur FullWAVE (a).

V.2. Présentation des paramètres de simulation

Le résonateur que nous allons étudier présente les caractéristiques suivantes:

Ø Largeur du guide d'onde : 0.2 ìm

Ø L'indice de Réfraction du coeur:1.4

Ø Différence d'indice normalisée : 2

Ø Longueur d'onde : 2 ìm

Ø Gap:0.2 ìm

Ø La longueur du Guide: 0.5 ìm

Ø Le Rayon de l'anneau : 1.7 ìm

V.3. Les étapes de la simulation

Pour créer cette structure; on ouvre l'interface du logiciel Rsof CAD une fois le logiciel ouvert ;on clique sur l'icône New Circuit au top à gauche. Il faut s'assurer que l'outil de simulation est mis sur FullWAVE/FDTD. Cette boîte de dialogue fait apparaître des paramètres par défaut pour la structure, on effectue des modifications selon les paramètres qu'on s'est fixé au départ ; à la fin on appuie sur OK



Figure 5.4: Fenêtre des paramètres de travail

· Déclaration des variables à utiliser :

Avant de dessiner la structure de l'anneau, nous allons, créer plusieurs variables qui seront utilisées plus tard pour définir la géométrie de la structure  parce que certaines des variables ne figurent pas dans la liste que le logiciel propose par défaut, donc selon l'usage on ajoute d'autres variables. Pour y arriver, on clique sur l'icône Edit Symbols et on définit les variables suivantes : Gap = 0.2, L = 0.5, R = 1.7, R1 = R-width/2, and R2 = R+width/2. On dessine en premier lieu l'anneau. notons en passant qu'il est possible de changer, supprimer et ajouter autant de variables qu'on veut. Il suffit de cliquer sur la variable et choisir soit delete symbol si on veut supprimer ,new symbol si on veut ajouter et confirmer en cliquant sur accept symbol. Une fois tout est fait cliquer sur ok pour aller à l'étape suivante.



Figure 5.5:Fenêtre de déclaration des variables

· Dessin de la structure de l'anneau

Nous allons commencer par dessiner un guide circulaire pour l'anneau. On dessine en premier un disque ; à partir du top menu, choisir : Options/Insert/Lens...une boîte de dialogue permettant d'entrer les propriétés apparaît comme indiqué ci bas. Change Waveguide Width to 2*R2, Front Radius to R2 and Back Radius to -R2. Cela permettra de créer un disque circulaire avec un rayon égal à R2. Une fois que cela est fait on on appuie sur OK



Figure 5.6: Définition des Propriétés de l'anneau

Après avoir cliqué sur OK, nous devons voir l'anneau qui apparaît dans la fenêtre de simulation ;on peut augmenter la visibilité de l'anneau en sélectionnant View/Full et puis View/Regrid à partir du top menu du logiciel.



Figure 5.7: Structure de l'anneau

Nous allons maintenant placer deux disque concentriques pour y arriver, on sélectionne le premier disque et on fait sa copie . On clique sur l'icône Select Mode, on fait un clic gauche sur le disque. Ensuite on clique sur l'icône Duplicate Selection ; ensuite click droit sur le disque, un deuxième disque apparaît, une boite de dialogue permettant d'entrer les propriétés du nouveau disque apparaît, Change Waveguide Width to 2*R1, Front Radius to R1, Back Radius to -R1 et Index Difference pour être 0.

Maintenant on clique sur More... et on met sur Display Color to Yellow, met Priority Level to 1, et on met le Ref Background Index to background_index+delta. Après avoir tout mis on appuie sur ok pour aller à l'étape suivante.



Figure 5.8: Paramètre de l'affichage de l'anneau

Maintenant l'anneau est fini on va dessiner les guides d'ondes. On clique sur l'icône segment mode et de là on dessine le premier segment en maintenant le bouton droit enfoncé vers le bas. une fois le segment est mis en place, on fait le clic droit sur le segment pour faire apparaître les propriétés du guide d'onde. On met Starting Vertex X to R2+Gap+width/2, the Starting Vertex Z to -R2-L et puis Ending Vertex Z to be Offset from Component 3, Vertex 0 with Parameter Value equal to 2*(R2+L). Cela définit la longueur du segment ainsi que la distance entre l'anneau et le guide d'onde ; appuyez sur OK pour valider.



Figure 5.9: Définition des paramètres du premier guide d'onde

Alors comme on a besoin de deux segments on sélectionne le premier segment et on fait sa copie. Pour y arriver on fait le clic gauche sur le premier segment, ensuite le clic droit et par après le clic gauche sur l'icône Duplicate Segment. Ensuite le clic droit sur le segment pour changer certains paramètres : Starting Vertex X to -R2-Gap-width/2. Cela permet de bouger le segment sur l'autre côté de l'anneau. Appuyez sur OK pour voir la structure complète c-à-d l'anneau avec les guides. Comme le montre la figure ci-dessous.



Figure 5.10: Structure complète de l'anneau .

· Vision du profile d'indice

Pour voir le profil d'indice dans l'anneau, on clique sur l'icône Display Index Profile et on change Display Mode pour être ContourMap (XZ).



Figure 5.11: Paramètres du profil d'indice

Après avoir entré les valeurs de Domain Min/Max , Slice Step , Compute Step , appuyez sur . OK pour voir le profile d'indice et une figure suivante apparaît



Figure 5.12: Affichage du profil d'indice

 

· Insertion des time monitors

L'étape suivante consiste à insérer des time monitors dans le design qui pourra être utilisé pour les analyses de la simulation. Nous allons utiliser 2 time monitors pour mesurer le champ qui est transmis et celui qui est extrait.

à partir du top menu, on sélectionne Options/Insert/Time Monitor. Change X and Z vertex Reference pou être Offset, Z Parameter Value to -0.5, X and Z vertex Reference To: to Component 4, Vertex 1. enfin, on change le Time Monitor Type pour être Overlap, the Time Average pour être Auto, and the Frequency Analysis to FFT. Ce time monitor est placé au top du guide d'onde gauche, et va mesurer le champ qui existe pour la simulation dans cette guide d'onde c-à-d. Le champ transmis à travers le port output pour l'excitation CW.



Figure 5.13: Définition des paramètres du premier time monitor.

Comme on a besoin de deux time monitors. On va tracer l'autre pour y arriver, on sélectionne le time monitor déjà tracé et on fait sa copie. On fait cela en cliquant sur le time monitor avec le bouton gauche et on appuie sur l'icône Duplicate Sélection ; ensuite le bouton droit sur le même time monitor pour accéder aux propriétés où on va changer certains paramètres. Comme suit :X and Z Reference Type to Offset, Z Parameter Value to 0.5, X Reference To: to Component 3, Vertex 0, Z Reference To: to Component 3, Vertex 0, Time Monitor Type to Overlap, Time Average to Auto, and Frequency Analysis to FFT. Ce time monitor sera placé au bas du second guide qui sera à droite de l'anneau. Il va mesurer le champ extrait. C'est-à-dire sur le port drop . appuyez sur OK pour afficher une structure complète comme le montre la figure ci-dessous. Maintenant la simulation dans l'anneau peut commencer.



Figure 5.14: Structure complète de l'anneau avec time monitor

· Simulation

La partie qui reste parle de l'analyse de la simulation sous deux aspects: le mode Pulsed et le mode CW ; nous allons parler en premier du mode pulsed. Ce mode montre le spectre de fréquence pour l'anneau dans les deux ports output et drop.et l'autre mode CW va nous permettre de visualiser le comportement de l'anneau une fois la longueur d'onde de résonnance est atteinte. On va voir que le champ finit par passer dans le second guide d'onde et sort par le port drop.

· Description du chemin de simulation

Avant de passer à la simulation, nous devons spécifier le chemin du champ et la durée d'analyse pour tracer le spectre fréquentiel. Pour cette exemple, nous voulons lancer le champ à partir du port input du premier guide d'onde à gauche. Pour indiquer ce chemin, on clique sur l'icône Edit Pathways et on choisit New Pathway. On fait le clic gauche sur le segment, et il apparaît avec une nouvelle couleur qui est verte. On clique sur OK, on clique sur l'icône Edit Launch Field et on met Launch Pathway à 1. Et puis Launch Type est mis sur Slab Mode , on fait OK

· Traçage du spectre en longueur d'onde

on clique sur l'icône Perform Simulation pour spécifier les paramètres de simulation. Le Time Step doit être assez élevé pour satisfaire la condition de stabilité. Ensuite on donne Grid Size values of 0.02 ìm que nous allons utiliser, on met Time Step à 0.0135. le Stop Time doit être assez élevé pour pouvoir enregistrer le maximum possible du temps de réponse du systeme. Cela maximise l'efficacité de la FFT pour le calcul de la réponse fréquentielle. Dans ce cas , on met Stop Time à 2^13*fdtd_time_step. Pour diminuer la durée de la simulation, on met field Update Time à 10*fdtd_time_step comme cela, la fenêtre de simulation graphique va mettre à jour le résultat chaque les 10 time steps. Aussi, on met le Monitor Time to fdtd_time_step. Enfin, on met l' excitation à Pulsed et on entre un Output File Prefix like ring_pulse1



Figure 5.15. Paramètres de simulation

Ensuite, on clique sur le Output... button. In FDTD Output Options box, on peut changer les options des variables de sortie. On doit s'assurer que Time Monitor, Wavelength Monitor, et Frequency Monitor sont mis à Yes. On clique sur OK pour fermer cette boîte de dialogue.

Après cela, on clique sur Display. On met Outline Color à Black comme cela, on pourra facilement bien voir les courbes dans la fenêtre de simulation. On clique sur OK pour lancer la simulation. La simulation va continuer jusqu'à ceque le Stop Time soit atteint. Quand la simulation est complète ; on verra comme le montre la figure ci bas le résultats des tracés recueillis à partir des time monitors.



Figure 5.16. Résultat de simulation sous l'excitation pulsed

Pour voir le spectre en longueur d'onde on clique sur l'icône View Graphs et on sélectionne le nom du fichier qu'on a enregistré.

On verra quelque chose qui ressemble à la figure ci-dessus.



Figure 5.17.Traçage du spectre en longueur d'onde

Cette figure nous montre la transformée de Fourier de la réponse du système, si on remarque que le graphe a une faible résolution, pour améliorer sa résolution, le Stop Time doit être augmenté. Cela parce que si le nombre d'échantillons est élevé cela fait augmenter la résolution de la transformé de Fourrier.

Pour augmenter la résolution, on clique sur l'icône Perform Simulation et on augmente le Stop time pour être 2^15*fdt._time_step .on entre une nouvelle variable de sortie dans Output File Prefix like ring_pulse2 et de là on peut constater que la résolution a été améliorée.

· Simulation  pour le mode d'excitation  CW

Dans pulsed simulation, nous avons trouvé le spectre en longueur d'onde de l'anneau. Pour t CW excitation, nous allons nous focaliser sur la résonance autour de 1 .997ìm...autrement dit on va voir le comportement de l'eau à la résonance , on clique sur l'icône Edit Global Settings et on change the Free Space Wavelength to 1.977.

Et puis on clique sur l'icône Perform Simulation et on change pulsed excitation pour être CW. Ausi ,on change Stop Time to 2^14*fdtd_time_step et on entre une nouvelle variable de sortie dans Output File Prefix, comme par exemple ring_cw. Nous allons maintenant voir le résultat du système pour CW à cette longueur d'onde de résonance.on clique sur

OK pour lancer la simulation qui donne quelque chose qui ressemble à la figure suivante :



Figure 5.18. Résultat de simulation sous l'excitation CW

Ces résultats de la simulation pour CW nous montrent qu'on a atteint la résonance que le calcul du pulsed excitation avait prédit. En utilisant, les deux sortes d'excitations pulsed and CW,nous avons calculé la réponse spectrale de l'anneau et nous avons constaté le fonctionnement de l'anneau à la résonance. Comme la figure ci-dessus le montre, au départ ,on a un signal de sortie nul sur les deux ports de sortie Pass et drop et après un certain temps on commence à voir d'abord un signal de sortie sur le pass tandis que le signal de sortie sur le port drop reste nul pendant un certain temps. Après un moment, on remarque que certaines longueurs d'ondes sortent par le port drop et de là on voit bien que le filtrage a eu lieu parce que on ne voit que certaines longueurs d'ondes à la sortie du port drop ce qui correspond bien au principe du filtrage qui consiste à laisser passer une gamme de longueur d'onde et bloquer d'autres.

CONCLUSION GENERALE

En abordant notre travail de fin d'études, notre objectif primordial était d'étudier la Liaison de Transmission par fibres optiques.

En effet, dans les années à venir, les technologies optiques continueront de faire face à la demande croissante de capacité, conséquence inévitable de la généralisation d'Internet et des services plus orientés vers la vidéo par exemple.

Ces caractéristiques font des fibres optiques le support privilégié dans le domaine des télécommunications à haut débit et à une grande distance, dans les applications aéronautiques et navales et dans les transmissions de données en milieu perturbé.

En outre, nous avons vu après simulation sous RSOFT les différents résultats générés de l'émission jusqu'à la réception. Nous avons simulé un résonateur optique en anneau

Ainsi, la fibre optique représente assurément le meilleur moyen actuel pour transporter de très hauts débits d'informations numériques, et les besoins dans ce domaine ne vont probablement pas cesser d'augmenter très fortement dans un avenir proche.

Enfin, l'étude de support de transmission par fibre est trop vaste, notre travail s'est limité à l'Etude d'une liaison de Transmission par fibre optique et le principe de filtrage optique . Suite au manque de moyens matériels appropriés notre travail s'est limité à la simulation. Les promotions à venir pourront évaluer la qualité de la liaison. Cela permettrait d'évaluer l'influence supplémentaire des différentes connexions sur la qualité de la liaison. Ainsi le résultat de ce test pourra être comparé à celui présenté simulation

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Cours

SANGWA Hibert, Cours de la méthodologie et recherche scientifique, INITELEMATIQUE - BURUNDI, 2010

Maitre Anatole, Cours de la transmission par fibre optique, INITELEMATIQUE - BURUNDI, 2016.

Maitre MANIRAMPA Donatien, Cours de Faisceau Hertzien, INITELEMATIQUE - BURUNDI, 2016.

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