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Télécommunications · Écoles d'ingénieurs — INPT

Communications optiques

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

La communication optique repose sur la propagation d'une onde lumineuse dans un guide d'onde diélectrique (fibre optique).

  1. Principe physique : Basé sur la réflexion totale interne. La condition est $n_{cœur} > n_{gaine}$.
  2. Ouverture numérique (ON) : $ON = \sin(\theta_{max}) = \sqrt{n_{cœur}^2 - n_{gaine}^2}$.
  3. Atténuation ($\alpha$) : Exprimée en dB/km : $\alpha = -\frac{10}{L} \log_{10}\left(\frac{P_{sortie}}{P_{entrée}}\right)$.
  4. Dispersion : Limite le débit binaire. La dispersion modale est prédominante dans les fibres multimodes.

Méthodes à maîtriser

  • Calculer l'angle d'acceptation d'une fibre.
  • Déterminer la puissance de sortie en utilisant le bilan de liaison optique.
  • Calculer le débit maximal autorisé par la dispersion.

Exemples corrigés

Exemple : Une fibre a une atténuation de 0,2 dB/km. Quelle est la puissance de sortie pour une fibre de 50 km si $P_{in} = 1$ mW ? Solution : $P_{out} = P_{in} \cdot 10^{-\frac{\alpha \cdot L}{10}} = 1 \cdot 10^{-\frac{0,2 \cdot 50}{10}} = 1 \cdot 10^{-1} = 0,1$ mW.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les puissances en dBm lors des additions.
  • Confondre indice de cœur et de gaine dans la formule de l'ON.
  • Négliger les unités (km vs m) dans le calcul de l'atténuation.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Communications optiques

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Quelle condition est nécessaire pour la réflexion totale interne ?

❓ Questions fréquentes

Pourquoi utilise-t-on la fibre optique au lieu du cuivre pour les longues distances ?
  1. La fibre optique offre une atténuation beaucoup plus faible que le cuivre.
  2. Elle est insensible aux perturbations électromagnétiques.
  3. Elle permet un débit binaire nettement supérieur.

💡 À retenir : La fibre optique est le support idéal pour le haut débit longue distance.

Kifach n7seb l-puissance li ghat-wsel l-l-moustaqbil ?
  1. Identifie la puissance d'entrée ($P_{in}$) en dBm.
  2. Calcule l'atténuation totale : $A_{tot} = \alpha \times L$.
  3. Soustrais l'atténuation de la puissance d'entrée : $P_{out(dBm)} = P_{in(dBm)} - A_{tot}$.

💡 À retenir : Travaille toujours en dBm pour simplifier les calculs par addition/soustraction.

Qu'est-ce que la dispersion modale ?

C'est le phénomène où les différents rayons lumineux (modes) parcourent des chemins de longueurs différentes dans la fibre, arrivant ainsi à des moments différents, ce qui étale l'impulsion.

💡 À retenir : La dispersion modale limite la bande passante des fibres multimodes.

Chno hiya l-fayda dyal l-WDM (Multiplexage en longueur d'onde) ?

Le WDM permet de transmettre plusieurs signaux (canaux) simultanément sur la même fibre en utilisant des longueurs d'onde différentes. Cela multiplie la capacité de transmission sans poser de nouvelles fibres.

💡 À retenir : Le WDM augmente drastiquement la capacité d'une liaison optique existante.

Comment la réflexion totale est-elle maintenue ?

Elle est maintenue tant que l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique $\theta_c = \arcsin(n_{gaine}/n_{cœur})$.

💡 À retenir : La condition $n_{cœur} > n_{gaine}$ est indispensable.

Wach l-fibra multimode hsen men monomode ?

Non, la fibre monomode est meilleure pour les longues distances car elle élimine la dispersion modale, permettant des débits beaucoup plus élevés.

💡 À retenir : Monomode = Longue distance ; Multimode = Courte distance (LAN).

Quelle est la différence entre atténuation et dispersion ?

L'atténuation réduit l'amplitude du signal (puissance), tandis que la dispersion élargit temporellement les impulsions (interférence inter-symboles).

💡 À retenir : L'atténuation limite la portée, la dispersion limite le débit.

Pourquoi le verre est-il utilisé pour les fibres ?

Le verre (silice) possède une transparence extrême aux longueurs d'onde infrarouges (1310 nm et 1550 nm), minimisant ainsi les pertes par absorption.

💡 À retenir : Le choix du matériau est dicté par le spectre de transparence.

Comment calculer l'ouverture numérique ?

Utilise la formule $ON = \sqrt{n_{cœur}^2 - n_{gaine}^2}$. Elle définit le cône d'acceptation de la fibre.

💡 À retenir : Une ON élevée facilite le couplage mais augmente la dispersion.

Qu'est-ce qu'une fenêtre de transmission ?

C'est une plage de longueurs d'onde où l'atténuation de la fibre est minimale. Les plus utilisées sont 850 nm, 1310 nm et 1550 nm.

💡 À retenir : On choisit la longueur d'onde selon l'application et la distance.

Est-ce que la fibre optique peut transmettre des signaux analogiques ?

Oui, bien que les systèmes actuels soient majoritairement numériques, la modulation d'intensité lumineuse peut transporter des signaux analogiques (ex: télévision par câble).

💡 À retenir : Le principe de base est la modulation de l'intensité (IM-DD).

Comment la fibre est-elle protégée ?

Elle est entourée d'une gaine primaire, d'un revêtement (buffer) et souvent d'une armature mécanique pour résister aux contraintes de traction.

💡 À retenir : La protection mécanique est cruciale pour la durée de vie.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une fibre optique a un indice de cœur $n_1 = 1,48$ et un indice de gaine $n_2 = 1,46$.

  1. Calculer l'ouverture numérique (ON).
  2. Calculer l'angle d'acceptation maximal $\theta_{max}$.
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Exercice 2

Une liaison optique de 100 km utilise une fibre d'atténuation 0,25 dB/km. La puissance d'entrée est de 0 dBm.

  1. Calculer la puissance de sortie en dBm.
  2. Si le récepteur a une sensibilité de -30 dBm, la liaison est-elle fonctionnelle ?
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Exercice 3

Une fibre optique présente une dispersion modale de 10 ns/km.

  1. Calculer l'élargissement total pour une liaison de 5 km.
  2. Si le débit binaire est limité par $D \leq \frac{1}{2 \Delta t}$, quel est le débit maximal ?
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