Les fibres optiques – leurs composants – leurs types – leurs applications

On peut définir la fibre optique FiberOptical traditionnelle : comme étant une fibre fabriquée en verre d'une très haute pureté, ce que l'on appelle le quartz fondu  (dioxyde de silicium( SiO₂  ou elle peut être fabriquée en polymère, atteignant une épaisseur telle qu'elle ressemble à celle d'un cheveu humain. Le câble optique Cable Optical  est un ensemble de fibres optiques disposées en faisceaux.

- Composants de la fibre optique :

Une seule fibre optique est composée de trois couches  :

La première couche : elle est appelée le cœur  Core :c'est la zone active principale des parties de la fibre et elle est fabriquée en verre d'une pureté très élevée  (le quartz fondu ou ce que l'on appelle la silice (SiO₂ et se caractérise par un indice de réfraction n élevé, représentant le chemin par lequel la lumière se déplace). L'indice de réfraction est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans ce milieu. C'est un coefficient qui montre dans quelle mesure le matériau est affecté par les ondes électromagnétiques)

La deuxième couche : l'enveloppe Cladding : c'est la zone active secondaire des parties de la fibre et elle est fabriquée en verre mais avec un indice de réfraction n  différent de l'indice de réfraction du verre dont est fait le cœur, de sorte que sa valeur soit légèrement inférieure, ce qui est le résultat de l'addition d'autres matériaux au verre, comme le germanium Ge , ce changement technique dans les indices de réfraction garantit que le phénomène de réflexion totale interne se produit TIR  Reflection )Internal  Total), ce qui reflète la lumière en continu pour qu'elle reste à l'intérieur du cœur en verre, qui est la base du fonctionnement des fibres optiques  .

La troisième couche : le revêtement de protection Buffer Coating : c'est un revêtement plastique qui protège les deux couches du cœur Core et de l'enveloppe . Cladding

La forme ci-dessous représente une image simplifiée de la fibre optique et de ses composants

- Mécanisme de fonctionnement de la fibre optique :

La lumière à l'intérieur de la fibre optique (par exemple dans le domaine des systèmes de communication optique) est utilisée comme un transporteur d'informations Carrier , et physiquement nous pouvons voir trois considérations pour le mécanisme de fonctionnement de la lumière et sa compréhension :

- Considérer que la lumière est une onde électromagnétique en utilisant la théorie ondulatoire(Wave Theory )   

 - Considérer que la lumière est une ligne ou un faisceau en utilisant l'optique géométrique Geometric Optics  ) )

 - Considérer que la lumière est un faisceau de photons en utilisant la théorie quantique( Quantum Theory)

Et pour comprendre le comportement de la lumière et son fonctionnement dans la fibre optique, nous considérerons que la lumière est un faisceau se déplaçant dans une direction et un angle spécifiques, et les lois fondamentales de l'optique géométrique s'appliquent à elle : ) les lois de Snell, de réflexion et de réfraction ..... etc.)

La loi de Snell stipule que chaque fois que l'angle d'incidence change, cela s'accompagne d'un changement dans l'angle de réfraction. Dans le cas où l'angle d'incidence du faisceau à l'entrée de la fibre est supérieur à l'angle critique ) l'angle critique est la condition particulière de la valeur de l'angle d'incidence du faisceau lorsque l'angle de réfraction est de 90 degrés) alors la lumière est entièrement réfléchie  (aucune réfraction ne se produit) à l'intérieur du cœur de la fibre optique, ce phénomène est appelé réflexion totale interne  TIR , et si la lumière tombe à un angle inférieur à l'angle critique, alors une partie de la lumière est réfléchie à l'intérieur du cœur de la fibre  réflexion partielle à l'intérieur et une autre partie sera réfractée à travers l'extérieur de la fibre, ce qui entraîne sa sortie de la fibre et donc une augmentation de la perte  et une perte d'une partie du signal.

- Types de fibres optiques

Les fibres optiques se divisent en plusieurs types en fonction du critère utilisé pour le processus de classification

·  selon la variation de l'indice de réfraction à travers le cœur de la fibre optique, où les fibres se divisent en :

1.  Fibres à indice d'étape Step Index Fibers :où l'indice de réfraction a une valeur constante à travers le cœur de la fibre.

2.  Fibres à indice graduel  Graded Index Fibers : où l'indice de réfraction change progressivement dans la zone du cœur de la fibre

·  selon le nombre de modes se propageant à travers la fibre optique, où elles se divisent en :

1.  Fibres multimodes Multimode Fibers :où plus d'un mode se propage et se caractérise par un diamètre du cœur de la fibre de 50 à 60 micromètres.

2.  Fibres monomodes Single Mode Fibers :où un seul mode se propage et se caractérise par un diamètre du cœur de la fibre de 8 à 10 micromètres.

·  selon le matériau dont la fibre est faite, et elle se divise en :

- Applications et utilisations des fibres optiques

L'application et l'utilisation des fibres optiques ont commencé au début des années 1980, où leur utilisation s'est largement répandue dans tous les pays du monde, avec l'installation de millions de kilomètres de lignes de ces fibres .

Les principaux domaines d'application des fibres optiques actuellement :

 - Lignes de communication à longue distance

 - Réseaux téléphoniques locaux

 - Diffusion télévisée par câble optique

 - Internet et transmission de données

- Communications militaires

- Médecine, où elles sont utilisées dans le domaine des chirurgies endoscopiques et des endoscopes diagnostiques et thérapeutiques

-  Capteurs et détecteurs, où les fibres optiques peuvent être utilisées dans le domaine des capteurs pour mesurer la contrainte, la température, la pression et d'autres facteurs. En effet, le capteur optique émet, reçoit et convertit l'énergie lumineuse en un signal électrique. La raison pour laquelle les fibres sont utilisées dans le domaine des capteurs est qu'elles constituent un milieu de transmission idéal pour l'information en termes de précision de transmission et de rapidité d'envoi, ainsi que de légèreté