Aurélie 30/05/13
 

 

Transmission par fibre optique, bac S Liban 2013.

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Rédiger une synthèse argumentée correspondant à la problématique suivante :
La fibre optique est-elle synonyme d'avenir incontournable pour la transmission d'informations ?

Citons tous d'abord les trois types de support de transmission de l'information :
- la voie hertzienne pour la radio et la télévision.
- le câble cuivre sensibles aux ondes électromagnétiques, forte atténuation du signal, largeur de bande limitée.
- la fibre optique, insensible aux ondes électromagnétiques, faible atténuation, grande largeur de bande.
La fibre optique présente donc des avantages majeurs par rapport au câble cuivre. Ajoutons à cela, son poids et ses dimensions réduites, le peu d'entretien et une durabilité d'une vingtaine d'années.
Malheureusement, le réseau de fibres optiques est encore peu implanté et sa réalisation coûte cher. Néanmoins celui-ci sera indispensable à l'avenir.
Comment fonctionne une fibre optique ?
Lois de Descartes relatives à la réflexion et à la réfraction de la lumière :

Les trois rayons incident, réfléchi et réfracté sont dans le même plan ; l'angle d'incidence i1 est égal à l'angle de réflexion r. Les angles d'incidence i1 et réfracté i2 sont reliés par la relation : n1 sin i1 = n2 sin i2.

Si la lumière arrive sur la face courbe suivant l'un des rayons du demi-cylindre ( On s'intéresse à la réfraction sur le dioptre plexiglas-air), on peut mettre en évidence le phénomène de réflexion totale. Expression de l'angle limite ilim à partir duquel apparaît ce phénomène :
en O : nplexi sin i1 = n air sin i2 ; nplexi sin i1 = sin i2 et |sin i2| inférieur ou égal à 1.
nplexi sin ilim = 1 soit sin ilim = 1/ nplexi.
Une fibre optique est constituée d'un coeur cylindrique transparent d'idice n1=1,500 entourée d'une gaine transparente d'indice n2 = 1,485. L'axe de la fibre est normal au dioptre air/coeur.
Un rayon laser se propageant dans l'air dans un plan contenant l'axe de la fibre pénètre dans le coeur de la fibre. Le rayon incident au point I reste dans le coeur si l'angle qi d'incidence à l'entrée de la fibre est inférieur à un angle a que l'on peut calculer.
Si l'on souhaite transmettre une suite de 0 ( la source lumineuse envoie un très bref éclair puis attend une durée T) et de 1 ( pas de lumière pendant la durée T), quelle est la fréquence maximale de transmission d'une ligne de longueur 100 km ?
Il ne faut pas que deux signaux consécutifs se superposent à la sortie d'où la fréquence maxi : 1/ 5 10-6 = 2 105 Hz.
Deux applications des fibres optiques :
Les télécommunications, pour la réalisation de réseaux hauts débit : image, son, texte sont d'abord codés en binaire avant transmission ( le 0 correspond à un bref éclair, le 1 correspond à une brève extinction)
En chirurgie, la fibre optique associée à un faisceau laser permet de pulvériser un calcul, détruire une tumeur. De plus en endoscopie, elle éclaire l’intérieur du corps permettant la transmission d' images au médecin.


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Analyse de la qualité d'une transmission.
L'atténuation de puissance subie par le signal transmis caractérise la qualité de la transmission.
Quel est le domaine du spectre électromagnétique à utiliser pour obtenir une transmission d'atténuation minimale avec une fibre optique en silice ?

Dans le proche infrarouge( longueur d'onde voisine de 1,5 µm ) l'atténuation est minimale.
On suppose que le signal est à nouveau amplifié dès que sa puissance devient inférieure à 1% de sa puissance initiale.
L'atténuation linéïque a correspond à la diminution de puissance du signal par km est exprimée en dB/km, est définie par : a = 10 / L log ( Pe/Ps).
Pe : puissance à l'entrée du dispositif de transmission ; Ps : puissance à sa sortie ; L : distance parcourue par le signal en km.
Montrer que l'atténuation du signal calculée par le produit aL est égale à 20 dB à l'instant où le signal est réamplifié.
Pe / Ps = Pe / (0,01 Pe) = 100 ; aL =10 log ( Pe/Ps) = 10 log 100 = 20 dB.
Combien d'amplificateurs sont-ils nécessaires pour une liaison Rennes-Strasbourg ( environ 900 km ) dans le cas d'une liaison par fibre optique ? Même question pour un câble cuivre. Conclure.
Fibre optique : atténuation 0,2 dB / km ou 20 dB pour 100 km. Il faut donc 9 amplificateurs y compris celui de Strasbourg.
Câble cuivre : atténuation 10 dB / km ou 20 dB pour 2 km. Il faut donc environ 450 amplificateurs, ce qui représente un coût exorbitant par rapport à la fibre optique.






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