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fibre optique
fibre optique, fibre ou fine tige de verre ou d'un autre matériau transparent, possédant un indice de réfraction élevé, permettant la propagation guidée de la lumière (voir guide d’ondes). Les pertes de lumière entre les deux extrémités de la fibre sont très faibles, même dans le cas d'une fibre courbe.
Le type de propagation des fibres optiques repose sur le principe de la réflexion totale (voir optique). Les rayons lumineux qui se propagent le long du cœur de la fibre heurtent sa surface avec un angle d'incidence supérieur à l'angle critique : la totalité de la lumière est alors réfléchie dans la fibre. La lumière peut ainsi se propager sur de longues distances, en se réfléchissant des milliers de fois. Afin d'éviter les pertes de lumière liées à son absorption par des impuretés à la surface de la fibre optique, le cœur de celle-ci est revêtu d'une gaine en verre d'indice de réfraction beaucoup plus faible ; les réflexions se produisent alors à l'interface cœur-gaine.
Il existe principalement deux types de fibres optiques : les fibres plastiques, et les fibres silice-silicone. Les fibres plastiques, en polystyrène (PS) ou en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), sont économiques, légères et souples, mais leur atténuation est élevée ; on les utilise surtout pour les transmissions à courte distance. Les fibres silice-silicone sont constituées d’un cœur de silice pure et d’une gaine de silicone. Elles présentent une faible atténuation, mais sont plus rigides et plus onéreuses que les fibres plastiques. On peut trouver également des fibres en verres fluorés, qui sont en fait des mélanges vitreux de divers fluorures. Leur atténuation est extrêmement faible, mais les grandes difficultés de fabrication limitent actuellement leur utilisation à des cas très particuliers.
L'une des applications les plus courantes des fibres optiques est la transmission de lumière à des endroits difficilement accessibles, comme la sonde d'une roulette de dentiste. Assemblées par milliers, avec précision, afin de conserver leurs propriétés de propagation, les fibres optiques sont également utilisées pour la transmission des images. Chaque point de l'image projetée à l'extrémité d'un paquet de fibres est reproduite à l'autre extrémité du paquet. L'image reconstituée peut alors être observée à travers une loupe. La transmission des images via les fibres optiques trouve de nombreuses applications : en médecine (développement de l’endoscopie qui permet d’explorer les organes internes du corps humain, notamment dans le cadre de la chirurgie laser), en télécopie, en photocomposition, en Infographie, etc. Les fibres optiques sont également utilisées dans une grande variété d'appareils de détection, allant des thermomètres aux gyroscopes. Leurs applications techniques dans ce domaine sont presque illimitées, la lumière qu'elles propagent étant sensible à un grand nombre de modifications de l'environnement : la pression, les ondes sonores, la tension, la chaleur et le mouvement. Lorsque les effets électriques rendent un câblage ordinaire inutile, imprécis ou même dangereux, les fibres optiques s'avèrent particulièrement précieuses. La technologie des fibres optiques a également été appliquée à la propagation des rayons laser de haute puissance, pour des opérations de découpage et de perforation sur différents matériaux. En télécommunications, on utilise de plus en plus les fibres optiques. En effet, les ondes lumineuses possèdent de hautes fréquences, or la capacité de transport de l'information d'un signal augmente avec la fréquence. Les systèmes de laser associés à des fibres optiques sont ainsi utilisés dans les réseaux de télécommunications. De nombreux réseaux de télécommunications à grande distance utilisant des fibres optiques possèdent déjà des liaisons continentales et transocéaniques. Un signal ainsi acheminé par fibres optiques peut parcourir de grandes distances avant qu'il ne soit nécessaire de le régénérer au moyen d'un répéteur. Dans le cas de systèmes de télécommunications par fibres optiques, les répéteurs sont généralement situés tous les 100 km environ, contre 1,5 km pour les systèmes électriques ordinaires. Les amplificateurs récemment mis au point permettent d'augmenter encore cette distance.
Une liaison par fibres optiques nécessite trois types de composants : une interface optique d’émission (IOE), une interface optique de réception (IOR) et des répéteurs. L’IOE transforme le signal électrique de départ en signal optique ; il s’agit essentiellement d’une diode électroluminescente (DEL) ou d’une diode laser. L’IOR, qui contient une photodiode, transforme le signal optique à la sortie du système en signal électrique. De nos jours, la tendance est à la réalisation de réseaux fondés uniquement sur des systèmes optiques, qui n’impliquent plus de liaisons reliées par des nœuds électriques. Les nœuds optiques peuvent être des composants passifs (coupleurs ou multiplexeurs) ou actifs (modulateurs, commutateurs, etc.). Ces réseaux peuvent être intégrés sur une puce, de la même façon que les circuits électroniques ; on parle alors d’optique intégrée. Les puces optiques peuvent être réalisées sur du verre, sur un cristal diélectrique ou sur un semi-conducteur. Le stade ultime de développement de l’optique intégrée consiste en la réalisation d’un ordinateur optique. Un tel ordinateur aurait une puissance plusieurs fois supérieure à celle obtenue par l’électronique ; cependant, sa conception se heurte encore à certains écueils technologiques. Les avantages que présente la transmission de
signaux par fibres optiques sont nombreux : |