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Les câbles de fibre optique
Comment ils fonctionnent et comment les ingénieurs les utilisent pour transmettre des signaux
Série no. 3 des vidéos de l\'ingénieur de service
Je trouve cet objet fascinant : c\'est un câble de fibre optique pour un système de son
Si je place ce pointeur laser à une extrémité du câble, il guide la lumière jusqu\'à l\'autre bout.
Ces câbles sont utilisés pour interconnecter notre monde d\'aujourd\'hui
et sont capables de transmettre l\'information au travers des pays et des océans
mais d\'abord, laissez-moi vous montrer comment ça marche
J\'ai un seau que j\'ai modifié avec une fenêtre sur le devant
et de l\'autre côté, j\'ai mis un bouchon dans le trou juste ici
J\'ai une bouteille de propylène glycol avec un tout petit peu de succédané de crème à café
Un support
et bien sûr, un pointeur à laser
Maintenant, gardez vos yeux sur le bouchon pendant que j\'éteins la lumière
C\'est merveilleux
La lumière suit le flot du liquide jusque dans le seau
Incroyable
Tout cela à cause de la réflexion interne complète.
Lorsque la lumière entre dans le flot, elle est réfléchie dès qu\'elle
rencontre l\'interface entre l\'air et le liquide
Vous pouvez voir la première réflexion, puis la seconde et la troisième
Ceci ce produit parce qu\'il y a une différence entre l\'indice de réfraction du matériaux guide
ici le propylène glycol
et l\'extérieur
l\'air dans ce cas
Rappelez-vous qu\'à chaque fois que de la lumière rencontre une surface, elle peut soit
être absorbée par le matériau
ou réfléchie par celui-ci
ou passer dans et au travers du matériau
on appelle ce dernier phénomène la réfraction
C\'est plus facile à voir en regardant par dessus
La réflexion et la réfraction peuvent se produire en même temps
mais si le rayon de lumière frappe la surface à un angle plus grand que l\'angle critique
il sera complètement réfléchi et non réfracté
Pour un système au propylène glycol et à l\'air, tant que
le rayon frappe la surface à un angle de plus de 44,35 degrés
mesuré à partir de la normale, il se propagera
le long du flux grâce à la réflexion interne complète
Pour créer ce même effet dans une fibre optique, les ingénieurs on créé un coeur de verre, habituellement du dioxide de silicium pur
et une couche externe appelée une gaine
qui est aussi typiquement faite de dioxide de silicium
mais avec des morceaux de bore ou de germanium qui diminuent son indice de réfraction
une différence de un pour cent est suffisante pour que la fibre fonctionne
pour faire un morceau de verre aussi long et fin, les ingénieurs chauffent une grosse pièce de verre
son centre est le verre pur du coeur et l\'extérieur la gaine
puis ils filent ou tirent une fibre en enroulant la fonte sur une roue
a des vitesse jusqu\'à 1600 m/min.
typiquement ces tours de filage font plusieurs étages de haut
La hauteur permet à la fibre de refroidir avant de l\'enrouler sur un tambour
Un des plus grands exploits d\'ingénierie a été
le premier câble de fibre optique transocéanique
appelé TAT-8, il s\'étend de Tuckerton, New Jersey aux États-Unis
pour suivre le fond de l\'océan pendant 5600 km jusqu\'à ce qu\'il se sépare en deux
vers Widemouth, en Angleterre et Penmarch\' en France.
Les ingénieurs on conçu le câble pour qu\'il survive au fond de l\'océan
on voit le coeur dans son centre
moins 2,5 mm de diamètre, il contient six fibres optiques
enroulées autour d\'un câble d\'acier central
Le tout est enrobé dans un élastomère qui protège les fibres
entouré de brins d\'aciers et ensuite scellé
dans un cylindre de cuivre qui protège de l\'eau
Le câble finale fait moins de 2,5 cm de diamètre
mais permet 40000 conversations téléphoniques simultanées
Le principe de transmission de l\'information par une fibre optique est très simple
Je pourrais avoir un code pré-arrangé avec quelqu\'un à l\'autre bout
le code Morse peut-être
et je bloque le laser pour que la personne à l\'autre bout voit
des éclairs qui communiquent un message.
Pour transmettre un signal analogique comme la voix d\'un appel téléphonique le long du câble, les ingénieurs utilisent la modulation par pulsations codées
On prend un signal analogique et on le découpe en sections
puis on cherche la meilleur approximation possible de la puissance ou de l\'amplitude de l\'onde
On veut en faire un signal numérique
ce qui signifie des valeurs discrètes (entières) de la puissance et pas n\'importe quelle valeur
Par exemple, si j\'utilise quatre bits
j\'ai seize valeurs possibles pour la puissance.
Ainsi les quatre premières sections du signal pourraient être représentées approximativement
par 10, 12, 14 et 15.
On prend chaque section et on convertit son amplitude en une série de uns et de zéros.
La première barre qui vaut dix, se code en 1-0-1-0.
On fait ça pour chaque section de la courbe.
Maintenant, au lieu de voir une forme d\'onde verte,
ou même les barres bleues,
on peut voir le signal comme une série de
uns et de zéros organisés dans le temps.
et c\'est cette séquence que nous envoyons par le câble de fibre optique,
un éclair pour un un et rien pour un zéro.
Bien sûr, la méthode exacte d\'encodage est connue du côté qui reçoit
ainsi, il devient trivial de déchiffrer le message.
Maintenant, vous devez vous demander comment des pulsations laser peuvent voyager 6500 km
au travers de l\'océan.
Cela ne se passe pas sans aide parce que la lumière s\'échappe par les côtés des fibres.
Regardons notre flot de propylène.
Voici comment la lumière s\'atténue le long du chemin
vous voyez ici un faisceau étroit venant du seau
qui s\'élargit un peu en entrant dans le flot.
puis après le premier rebond, le faisceau repart encore plus large
parce que l\'interface avec l\'air est inégal
et les rayons qui constituent le faisceau le frappent à des angles légèrement différents
Quand le faisceau arrive à sa deuxième réflexion, ces rayons individuels divergent encore plus
si bien que lorsqu\'ils atteignent le troisième rebond, plusieurs rayons ne sont plus
à l\'angle critique et peuvent s\'échapper par les côtés du flot
Ici, cela se produit sur quelques centimètres
mais dans un câble comme le TAT-8, le signal voyage pendant un incroyable
50 kilomètres avant qu\'il ait besoin d\'être amplifié
Absolument incroyable.
Je m\'appelle Bill Hammack, l\'ingénieur de service.