Una fibra optica es un fial que lo còr, primissim, de veire o de plastic, a la proprietat de conduire la lutz e es utilizada per la fibroscopia, l'esclairatge o la transmission de donadas numericas. Permet un debit d'informacion plan superior a aquel dels cables coaxials e se pòt utilizar de supòrt a un ret de « larga benda » per que transitan tanben los senhals de television, de telefonia, de visioconferéncia o las donadas informaticas. Lo principi de la fibra optica data del començament del sègle XX mas es sonque en 1970 que se desvolopèt una fibra utilisabla utilizabla per telecomunicacions, dins los laboratòris de l'entrepresa americana Corning Glass Works (ara Corning Incorporated).
A l’interior d'una gaina protectritz, la fibra optica pòt èsser utilizada per conduire la lutz entre dos luòcs distants de centenats o de milierats, de quilomètres. Lo senhal luminós codat per una variacion d'intensitat es capable de transmetre una granda quantitat d'informacion. Permet de realizar de comunicacions a fòrça longa distància e a de debits fins alara impossiblas, las fibras opticas constituiguèron un dels elements claus de la revolucion de las telecomunicacions. Sas proprietats son tanben expleitadas dins lo domèni dels captaires (temperatura, pression, etc.), dins l'imatgeria e dans l'esclairatge.
Istòria
Davancièrs vinheta|Illustracion venent d'un article de La nature de 1884 per Jean-Daniel Colladon. A l'epòca de la Grècia antica, lo fenomèn del transpòrt de la lutz dins de cilindres de veire seriá ja conegut e utilizat pels artesans del veire per crear de pèças decorativas. Mai tard, las tecnicas de fabricacion utilzadas pels artesans venecians de la Renaissença per realizar los millefiori semblarián fòrça a las tecnicas actualas de fabricacion de la fibra optica. L'utilizacion del veire en conjoncion amb la lutz es donc pas recenta.
La primièra demonstracion scientifica del principi de la reflexion totala intèrna la faguèron los fisicians soís e francés Jean-Daniel Colladon a Genèva e Jacques Babinet a París al començament de las annadas 1840. L'irlandés John Tyndall tornèt relizar l'experiéncia fàcia a la Societat Reiala Britanica en 1854. a l'epòca, l'idèa de corbar la trajectòria de la lutz, de quin biais que siá èra, èra revolucionària que los scientifics consideravan que la lutz viatjava pan qu’en linha drecha. Lor demonstracion consistissiá a guidar la lutz dins un rag d’aiga versant d'un trauc a la basa d'una sèrva. Passant la lutz dis lo giscle, aquela seguissiá plan l’arcadura del rag d'aiga, atal mostrant que se podava desviar sa trajectòria rectilinèa. Alara establiguèron lo principi de basa de la transmission per fibra optica. Ensguida, fòrça invencions utilizant lo principi de la reflexion totala intèrna esperiguèron; coma los jòcs d’aiga luminoses o la fibroscopia utilizant de dispositius transportant la lutz dins de cròses del còrs uman.
Lo primièr assag de communicacion optica la faguèt Alexander Graham Bell, un dels inventors de telefòn. Ralizèt pendent las annadas 1880 lo fotofòn. L’aparelh permetava de transmetre la lutz sus una distància de . La votz, amplificada per un microfòn, fasiá vibrar un miralh que rebatissiá la lutz del solelh. A près de al delà, un segond miralh captava la lutz per activar un cristal de selèni e reproduire le son desirat. Lo receptor de l’aparelh èra gaireben identic a aquel del primièr telefòn. Quitament se foncionava plan en terren descobèrt, Lo metòde foguèt pauc utilizat. La pluèja, la nèu e los obstacles qu’empachavan la transmission del senhal condamnèron cette l’invencion, quitament se d’esperel considerava lo fotofòn coma son invencion màger, que permetava una comunicacion sens fial.
Primièras realizacions esquèrra|vinheta|Fais de fibras opticas pels rets metropolitans. La possibilitat de transportar la lutz lo long defibras de veire prima foguèt expleitada pendent la primièra mitat del sègle XX. En 1927, Baird e Hansell assajèron de realizar un dispositiu d'imatges de television amb de fibras. Hansell faguèt brevetar son invencion, mas foguèt pas jamai veraiament utilizada. En 1930, Heinrich Lamm capitèt a transmetre l'imatge d'un filament de lampa electrica amb un assemblatge rudimentari de fibras de quartz. Pasmens, èra encora malaisit a l’epòca de concebre qu’aquelas fibras de veire pòscan dintrar en aplicacion.
La primièra aplicacion eficaça de la fibra optica foguèt realizada al començament de las annadas 1950, quand lo fibroscòpi flexible foguèt inventat per Abraham van Heel e Harold Hopkins. L’aparelh permetava la transmission d'un imatge lo long de fibras de veire. Foguèt subretot utilizat en endoscòpia, per observar l'interior del còrs uman, e per inspectar de soduras dins de reactors d'avion. Malaurosament, la transmission podava pas se realizar sus une granda distància essent donada la mala qualitat de las fibras utilizadas. En 1957, lo fibroscòpi (endoscòpi flexible medical) es inventat per Basil Hirschowitz als EUA.
Las telecomunicacions per fibra optica demorèron impossiblas fins a l'invencion del lasèr en 1960. Lo lasèr donèt la possibilitat de transmetre un senhal sus una granda distància amb una pèrda e una dispersion espectrala fòrça fèblas. Dins sa publicacion de 1964, Charles Kao, de , descriu un sistèma de comunicacion de longa distància e de fèble pèrda utilizant ensems lo lasèr e la fibra optica. En 1966, mostrèt de biais expérimental, amb la collaboracion de Georges Hockman, qu'èra possible de transportar de l'informacion sus una granda distància jos forma de lutz amb la fibra optica. Aquela experiéncia es sovent considerada coma la primièra transmission de donadas per fibra optica. Pasmens, las pèrdas dins aquela fibra optica èra talas que lo senhal desaparessiá unes centimètres passats, non pas a causa de la pèrda de lutz, mas que los diferents camins de rebat del senhal contra las parets acaban per ne far pèrdre la fasa. Aquò la fasiá encara pas gaire avantatjosa al respècte del fial de coire tradicional. Las pèrdas de fasa provocadas per l'usatge d'una fibra de veire omogèna constituissiá l’obstacle màger per l'utilizacion correnta de la fibra optica. En França, la primièra tèsi de doctorat al subjècte foguèt sostenguda en genièr de 1969 per Luigi d'Auria a l'universitat de Tolosa.
En 1970, tres scientifics de la companhiá de Nòva York, Robert Maurer, Peter Schultz e Donald Keck, produguèron la primièra fibra optica amb de pèrdas de fasa pro fèblas per èsser utilizadas dins los rets de telecomunicacions (20 decibels per quilomètre). Lor fibra optica èra capabla de transportar còps mai d'informacion qu'un simple cable de coire, çò que correspondava rapòrt de las longors d'onda utilizadas.
Lo primièr sistèma de comunicacion telefonica optica foguèt installat al centre vila de Chicago en 1977. S’estima dempuèi 2005 mai de 80 % de las comunicacions de longa distància son transportadas lo long de mai de 25 milions de quilomètres de cables de fibras opticas pertot pel mond. La fibra optica, dins una primièra fasa (1984 a 2000), se limitava a l'interconnexion dels centrals telefonics, sol eles demandavan de fòrts debits. Mas, amb la baissa dels còsts provocada per sa fabricacion en massa e los besonhs creissent dels particulars en fòrça naut debit, se pensa dempuèi 1994 a la far venir pels particulars : DFA, FTTH, FTTB, FTTC, etc...
Foncionament
Principi vinheta|Principi d'una fibra optica. La fibra optica es un guida d'onda qu’utiliza las proprietats refractriças de la lutz. Es abitualament constituida d'un còr engainat. Lo còr de la fibra ten un indici de refraccion leugièrament mai naut (diferéncia d’unes milens) que la gaina e pòt donc confinar la lutz que se trapa entièrament rebatuda de multiples còps a l'interfàcia entre los dos materials (a causa del fenomèn de reflexion totala intèrna). L’ensems es. mai sovent cobèrt d’una gaina plastica de protection.
Quand un rai luminós dintra dins una fibra optica a un dels tèrmes amb un angle que cal, conéis de multiplas reflexions totalas intèrnas. Lo rai se propaga alara fin a l’autre tèrme de la fibra optica sens pèrda, fasent un percors en zigzag. La propagacion de la lutz dins la fibra pòt se far amb fòrça pauc de pèrdas quitament se la fibra es corba.
Una fibra optica es sovent descricha segon dos paramètres :
la diferéncia d'indici normalizat, que dona una mesura del saut d'indici entre lo còr e la gaina : , ont es l'indici de refraccion del còr, e aquel de la gaina. la dobertura numerica de la fibra ( ), qu’es concrètament lo sinus de l'angle de dintrada maxim de la lutz dins la fibra per que la lutz pòsca èsser guidada sens pèrda, mesura al respècte de l'axe de la fibra. La dobertura numerica es egala a .
vinheta|Principi d'una fibra optica saut d'indici.
Saut o gradient d'indici Existís subretot dos tipes de fibras opticas qu’utilizan lo principi de la reflexion totala intèrna: la fibra de saut d'indici e la fibra de gradient d'indici. Dins la fibra de saut d'indici, l'indici de refraccion cai subte d'uno dins lo còr d’una valor mendre dins la gaina. Dins la fibra de gradient d'indici, lo cambiament d'indici es fòrça mai progressiu. Un tresen tipe de fibra optica utiliza lo principe de la benda interdita dels cristals fotonics per relizar lo guidatge de la lutz, puslèu que la reflexion totala intèrna. De talas fibras son nomenadas fibras de cristals fotonics, fibras microstructuradas. Aquelas fibras presentant abitualament un contraste d'indici fòrça mai naut entre los diferents materials (mai sovent la silici e l'aire). Dins aquestas condicions, las proprietats fisicas del guidatge diferent sensiblament de las fibras de saut d'indici e de gradient d'indici.
Dins lo domèni de las telecomunicacions opticas, lo material privilegiat es la silici purissima que presenta de pèrdas opticas fòrça fèblas. Quand l'atenuacion es pas lo principal critèri de sélection, se pòt tanben realizar de fibras opticas en matèria plastica. Un cable de fibras opticas conten mai sovent mai d’una fibra, cada fibra condusent un senhal o dins un sol sens (mòde simplex), o dins los 2 sens (mòde duplex); dins lo darrièr cas, 2 longors d'onda (o mai) son utilizadas (al mens una per sens) Next Generation Optical Access Technologies tutorial, slide 4 et 5 greentouch.org, Bell labs – P. Vetter, 18 décembre 2012. Quand una fibra optica es pas encara alimentada, se dich fibra optica negra.
Fibras monomòdes e multimòdes alt=|vinheta|Fibras multimòdes e monomòdes. Las fibras opticas pòdon èsser classificadas en doas categorias que lo diamètre de lor còr e la longor d'onda utilizada: las fibras monomòdes e multimòdes.
Fibras multimòdes Las fibras multimòdes (dichas MMF, per Multi Mode Fiber), foguèron las primièras sul mercat. An per caracteristica de transportar mai d’un mòdes (trajèctes luminoses). A causa de la dispersion modala, se constata un estirament temporal del senhal proporcional a la longor de la fibra. En consequéncia, son utilizadas unicament per de bas debits o de cortas distàncias. L’estirament modal pòt pasmens se minimizar (per una longor d'onda donada) en realizant un gradient d'indici dins lo còr de la fibra. Son caracterizadas per un diamètre de còr de desenas a de centenas de micromètres (los còrs en multimòdes son de 50 o pel bas debit). Pasmens las fibras mai recentas, de tipe OM3, permeton d'aténher lo Gbit/s sus de distàncias de l'òrdre del quilomètre. Las longas distàncias pòdon èsser cobèrtas pas que per de fibras opticas monomòdes.
Fibras monomòdes