I) Le principe de la fibre optique

Il y a plusieurs types de fibres optiques, Tout d’abord les fibres optiques multimodes et les fibres monomodes.

1.- Les fibres multimodes

Ce sont des fibres dont la partie centrale (là où est guidée la lumière) a un diamètre grand devant la longueur d’onde utilisée :

- 2a= 50 à 200 mm pour l= 0,8 à 1,6 mm (fibres de silice)

- 2a= 0,5 à 2 mm pour l= 0,4 à 0,7 mm (fibres plastiques)

L’étude de la propagation peut donc se faire de façon simplifiée mais correcte par l’optique géométrique, c’est à dire le calcul des trajectoires des rayons.

1.1.- Fibres optiques à saut d’indice.

C’est le type de fibre le plus simple, directement issue des applications optiques traditionnelles. Dans cette fibre, le coeur, de diamètre 2a, est homogène et d’indice n1. Il est entouré d’une gaine optique de diamètre extérieur 2b et d’indice n2 inférieur à n1. Ces deux indices sont peu différents et doivent être de l’ordre de 1,5.
La gaine otique joue un rôle actif dans la propagation, et ne doit pas être confondue avec les revêtements de protection déposés sur la fibre. D’après la loi de Descartes, un rayon lumineux injecté va rester guidé dans la fibre (dans le coeur ) si son angle d'inclinaison q sur Oz reste inférieur à q0, donné par :

Il faut qn2.
Le rayon est dans ce cas guidé par réflexion totale au niveau de l’interface coeur-gaine, sinon il est réfracté dans la gaine. Ceci reste vrai si la fibre cesse d’être rectiligne, à condition que le rayon de courbure reste grand devant son diamètre.

1.2.- Fibres optique à gradient d’indice.

Ces fibres sont spécialement conçues pour les télécommunications. Leur coeur n’est plus homogène : la valeur de l’indice décroît depuis l’axe jusqu’à l’interface, suivant la loi :

où r est la distance à l’axe, D la différence relative d’indice, et a l’exposant de profil d’indice (proche de 2).

Le guidage est cette fois dû à l’effet du gradient d’indice. Les rayons guidés suivent une trajectoire d’allure sinusoïdale. La gaine d’indice n2 n’intervient pas directement, mais élimine les rayons trop inclinés. On peut de même définir l’ouverture numérique.
L’avantage essentiel de ce type de fibre est de minimiser la dispersion du temps de propagation entre les rayons, sans utiliser pour cela l’ouverture numérique trop faible. La fibre la plus courante, utilisée en télécommunications à moyenne distance a pour ouverture numérique 0,2 et pour diamètres coeur/gaine 50/125 mm. Il existe aussi les fibres 62,5/125 utilisées en micro-informatique et 85/125 utilisées en vidéocommunications.

2.- Les fibres optiques monomodes.

Ne subissant pas la dispersion intermodale, elles ont pris une importance considérable dans les transmissions à grande distance. On les trouve également dans les systèmes où la cohérence de la lumière doit être conservée.
Une fibre monomode classique est à saut d’indice, mais le diamètre du coeur et la différence relative d’indice doivent être pris petits.