Paramètres mesurables sur une fibre optique

Ouverture numérique

Il a été ou précédemment que l'angle limite de réflexion i_C est tel que Sin(i_C)=n₂/n₁

La condition pour l'angle limite Sinß=n₂/n₁ nous montre que tous les rayons lumineux ne déviant plus de (90°-ß) de l'axe de la fibre vont être réfléchis donc guidés dans le coeur de la fibre. Pour injecter depuis l'extérieur un rayon lumineux dans le coeur, l'angle d'injection  entre le rayon lumineux et l'axe de la fibre peut être déterminé en appliquant la loi de réfraction.
Etant donné que pour la réflexion totale dans la fibre, l'angle incident entre les deux milieux a une relation avec les indices suivants:

Cet angle d'injection maximal est appelé angle d'acceptante. Il définit dont autour de l'axe de la fibre optique un cône d'acceptante. Le sinus de l'angle d'acceptante est appelé ouverture numérique.

Si l'indice de réfraction n₂ du revêtement est inférieur à celui de n₁ du coeur, une onde plane incidente du milieu d'indice 1 sur le milieu n₂ subit une réflexion totale si l'angle est inférieur à la valeur donnée et de telle ondes peuvent donc rester emprisonnées dans le coeur de la fibre.
Cette vision des choses selon l'optique géométrique est cependant insuffisante, car elle suggère que les ondes emprisonnées correspondent à l'ensemble continu de valeur satisfait à la seule condition. L'optique ondulatoire et la théorie électromagnétique des guides d'onde s'accordent à la prédire que les valeurs possibles:

Ouverture numérique

Il n'y a donc qu'un ensemble discret de valeurs possibles pour l'angle correspondant à des modes de propagations guidé par la fibre. Le nombre maximum de modes pouvant se propager est donné par:

Les vitesse de phase des divers modes sont données par

Où c est la vitesse de la lumière dans le vide.
Ces formules, bien que n'étant strictement valables que pour une structure à stratification plane, sont suffisantes pour mettre en évidence bon nombre de propriétés des fibres à section cylindrique. En premier lieu, elles permettent d'introduire la distinction entre fibre de type monomode et multi mode. Les premières sont celles qui ont un coeur suffisamment fin pour 1<m₀<2, de telle sorte qu'un seul mode puisse se propager. Divers effets non considérés jusqu'à présent, constituent des limitations à l'utilisation des fibres optiques. Il s'agit de l'affaiblissement de propagation et de la dépendance de l'indice de réfraction par rapport à la fréquence. Ces effets résultent non seulement de l'interaction avec les impuretés inévitables.

L'affaiblissement

C'est la diminution de la puissance optique des signaux entre deux sections transversales d'une fibre optique. Les principales causes d'affaiblissement sont la diffusion et l'absorption de la lumière, ainsi que les pertes dues aux connecteurs et aux épissures. L'affaiblissement est exprimé par la fonction logarithmique: A(dB)=10.Log(P_in/P_out)
Où P_in: puissance lumineuse injectée dans la section transversale de la fibre.
P_out : puissance lumineuse reçue au point de mesure.
Pour une fibre le coefficient d'affaiblissement linéique exprimé en dB/km. Soit P la puissance optique guidée dans la fibre: P décroît exponentiellement avec la longueur L de la fibre. D'un bout à l'autre d'une fibre de longueur l, P en sortie s'exprimerait par:

La bande passante

En terme de fréquence, la dispersion affecte la fonction de transfert de la fibre optique et par conséquent sa bande passante. La bande passante d'une fibre optique décroît proportionnellement de façon approximative avec la longueur.

Raccordements, connexions et câblages

Il est évidemment d'une grande importante pratique de pouvoir interconnecter les fibres optiques, mais c'est une opération en principe difficile à cause de la petite dimension du coeur. Nous allons examiner ici les méthodes de base. Il faut d'abord dire que le mot "raccordement" désigne un raccordement permanent et déconnecter très souvent.

Méthode de raccordement : (a) Manchon, (b) Rainure en V, (c) Fusion à arc électrique, (d) Raccordement des rubans de fibres.
Il y'a plusieurs techniques de base pour raccorder les fibres, par exemple la méthode du manchon, la méthode du Vé et le joint à tube libre. Ces méthodes utilisent toutes de la résine époxy pour la fixation en position définitive des fibres; elles ne sont pas aussi difficiles à appliquer qu'on pourrait le penser. Une méthode : la plus répandue consiste à ramollir et à fondre les extrémités de la fibre dans un arc électrique à faible puissance. Dans le cas des fibres multi modes, on peut obtenir des pertes à l'épissure, de l'ordre de 0,05 à 0,2dB. Cependant à cause du faible diamètre de coeur, environ 5µm, l'épissure est beaucoup plus difficile dans les fibres monomodes, spécialement si le coeur présente des excentricités. Néanmoins avec un certain succès. Une méthode de raccordement multifibre a été en oeuvre mais les extrémités des fibres ont dû être préparées lors de la fabrication.
Les connecteurs optiques pour fibre multi mode sont maintenant disponibles commercialement. Dans certains cas, on réduit la perte par réflexion entre les extrémités des fibres en insérant une fine plaque en plastique entre elles. La perte par couplage a été ainsi réduite à 0,1 - 0,2dB.
Un exemple des nouvelles solutions est le connecteur à double excentrique, dans lequel les deux fibres à coupler sont montées légèrement décalées par rapport à l'axe. En faisant tourner les manchons maintenant les fibres; on fait tourner les cœurs sur l'intensité lumineuse sortant d'une fibre quand l'autre est excitée.