La fibre optique

Définition:

Le principe de la fibre optique a été développé au cours des années 1970 dans les laboratoires de l’entreprise américaine Corning Glass Works.
Aujourd’hui, la fibre optique, bien qu’elle soit l’objet de nombreuses études, est principalement utilisée dans la transmission d’informations que ce soit téléphonique, numérique ou audiovisuelle.

Une fibre optique est un «fil de verre» constitué d’un coeur, d’une gaine optique et d’une gaine mécanique : le coeur, d’indice n_co en silice dopée, dans lequel se propage la lumière. La gaine optique, d’indice n_ga assure le confinement de la lumière dans le coeur. La gaine mécanique joue un rôle de protection.

Ouverture numérique:

FIG 0.2:Scéma illustrant l'Ouverture Numérique.

La propagation de la lumière dans la fibre respecte les lois de Snell-Descartes : lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu d’indice n₁ à un autre d’indice n₂, il respecte la loi de réfraction suivante : n₁ sin(i₁) = n₂ sin(i₂) où i₁ est l’angle d’incidence par rapport à la normale au niveau de l’interface et i₂ l’angle de réfraction. Si on applique cette loi à l’interface coeur-gaine, on peut imposer des conditions limites sur l’angle d’injection.
La figure (1.2) illustre les 3 situations d’injection d’un rayon lumineux dans la fibre optique :
– le rayon rouge est guidé dans le coeur de la fibre;
– le rayon bleu est refracté dans la gaine;
– le rayon noir nous fixe un angle maximal d’injection qui définit en 3 dimensions ce qu’on appelle cône d’acceptance.
En utilisant les relations de Snell-Descartes et les conditions de réflexion totale, on introduit la notion d'ouverture numérique qui est donnée par :

Paramètre de fibre normalisé:

De la même façon qu’une corde vibre selon des modes de vibrations quantifiés, la fibre otique possède des modes qui sont les supports de propagation des ondes optiques. Ces modes sont propres à chaque fibre selon sa géométrie et ses propriétés physiques. Le Paramètre de fibre normalisé, qu’on note V, nous permet de caractériser la fibre et en particulier de calculer le nombre de modes d’une fibre optique.
Il s’écrit analytiquement: V= (2π/λ).a.ON.
Où a représente le rayon de la fibre et λ la longueur d'onde.

Tableau récapitulatif:

On regroupe tous les paramétres de la fibre que l'on a utilisé dans nos expériences:

FIG 0.3:Scéma illustrant l'Ouverture Numérique.

Ici, on voit que V>2,4048 , on en déduit donc que la fibre utilisée est très multimode. La lumière sera guidée selon des modes propres de la fibre. C'est la phase de ces modes qu'on souhaite imager.