fibre optique

Support de communication constitué d'un filament de matière diélectrique (verre, silice, etc.) dans lequel se propage la lumière (visible ou infrarouge).

TECHNIQUE

Une fibre optique est constituée de deux verres transparents, disposés coaxialement : un verre de cœur, d'indice de réfraction plus élevé (décroissant de l'axe à la périphérie dans les fibres à gradient d'indice et constant dans les fibres à saut d'indice), et un verre d'enrobage (la gaine), d'indice de réfraction plus bas. Un rayon lumineux pénétrant dans le cœur de la fibre, à l'une de ses extrémités, se propage longitudinalement jusqu'à l'autre extrémité grâce aux réflexions totales qu'il subit à l'interface entre le verre de cœur et le verre de gaine.

La fabrication des fibres optiques exige l'emploi de verres de grande pureté. Les fibres destinées aux télécommunications sont généralement fabriquées par des procédés de réactions, en phase vapeur, à partir de silice pure où sont incorporés des dopants (bore, fluor, phosphore, germanium) permettant d'obtenir l'indice de réfraction souhaité.

Les fibres optiques sont généralement groupées en faisceaux (optiques de fibres) en contenant de quelques unités à plusieurs millions, selon les applications. Ces faisceaux peuvent être souples ou rigides et transmettre soit de la lumière, soit des images ou encore des informations. (On les appelle alors guides d'ondes optiques.) La longueur des fibres est de l'ordre de grandeur du centimètre dans les faisceaux rigides, de l'ordre de grandeur du mètre pour les faisceaux souples et de plusieurs kilomètres dans le cas des guides d'ondes optiques. Les conducteurs de lumière, généralement souples, sont protégés à l'extérieur par une gaine en plastique. On les utilise pour l'endoscopie, médicale ou industrielle, et, liés à des systèmes optoélectroniques, pour la détection de flammes ou la lecture de cartes perforées. Si l'on dispose les fibres de telle façon que la position de chacune d'elles par rapport aux autres soit la même à chacune des extrémités du faisceau, on obtient alors un conducteur d'images. Une image formée sur l'une des extrémités du faisceau est transportée point par point à l'autre extrémité. Les faisceaux de fibres courtes (jusqu'à quelques centimètres) sont rigidifiés par compactage à chaud ou par emploi d'une résine durcissable. Ils sont utilisés comme anamorphoseurs de lumière ou d'image. Les plaques de fibres optiques sont constituées d'un très grand nombre de fibres disposées parallèlement à l'axe d'un cylindre. De telles plaques, présentant deux faces planes et polies, permettent de transporter des images d'un plan à un autre. On fabrique ainsi des fonds de tubes cathodiques et des amplificateurs d'images.

Les fibres optiques peuvent être utilisées comme conducteurs d'information. Une liaison optique comprend : un émetteur qui transforme un signal électrique multiplex, le plus souvent numérique, en signal lumineux ; une fibre optique protégée et séparée d'autres fibres dans un câble optique ; un récepteur qui restitue à l'arrivée le signal électrique ; éventuellement, des répéteurs intermédiaires. Les convertisseurs électro-optiques utilisés sont des semi-conducteurs dopés ou complexes (diodes électroluminescentes ou laser à l'émission, photodiodes à la réception).

Pour des liaisons urbaines ou interurbaines courtes ou la télévision communautaire avec distribution par câbles, on emploie des fibres « multimodales » (ou multimodes) permettant la propagation d'ondes ayant un grand nombre de modes électromagnétiques différents, avec une longueur d'onde porteuse de 0,85 μm. Pour des liaisons à plus longue portée, on emploie des fibres à saut d'indice n'admettant en principe qu'un seul mode électromagnétique (fibres unimodales ou monomodes), avec une longueur d'onde porteuse de 1,2 μm.

Les fibres optiques peuvent aussi servir de capteurs. La grandeur à mesurer agit par effet physique (déformation) ou par effet électromagnétique sur une caractéristique de la lumière cohérente issue d'une source (laser) et se propageant dans une ou deux fibres.

C’est en 1966 que le physicien britannique Charles Kuen Kao a formulé la théorie de la transmission du signal numérique dans les fibres optiques. Cette découverte, à l’origine d’une révolution technologique dans le domaine des communications, a été couronnée par le prix Nobel de physique en 2009.