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2.1.1 Réflexion totale
interne
Figure 2.1: Guidage de la lumière par réflexion
totale. Les rayons ne sont guidés que si l'angle avec lequel ils
entrent est inférieur à celui du cône d'acceptance
Le profil d'indice fait qu'il y a réflexion totale des rayons
guidés à l'interface coeur-gaine optique ainsi que le montre
schématiquement la figure 2.1.
Ceci entraîne l'existence d'un cône d'acceptance à l'entrée
tel que :
-
tout rayon d'entrée situé dans le cône va se propager
dans le coeur par réflexion totale : on a affaire aux rayons
guidés.
-
tout rayon en dehors du cône va se réfracter à l'interface
et sera perdu dans la gaine optique et éventuellement dans l'enveloppe
protectrice : ces rayons ne sont pas guidés et occasionnent des
pertes de propagation.
Le même cône se retrouve pour les rayons qui sortent de la
fibre. On peut ainsi mesurer l'angle 
du cône et en déduire l'ouverture numérique
définie par :
avec 
. Pour une fibre
en silice, telle que celle utilisée pour les télécommunications, 
et 
. Pour coupler la lumière
dans la fibre il faut :
-
faire converger la lumière dans le cône,
-
faire une image de la source de dimension inférieure ou égale
à celle du coeur sur l'entrée de la fibre.
Les deux conditions ne sont pas indépendantes : pour avoir une petite
image il faut une grande convergence et vice-versa. C'est un problème
connu en optique de la conservation de l'étendue. Avec un laser
et un objectif de microscope approprié, c'est facile et on peut
atteindre 90% d'efficacité de couplage. Avec une source ordinaire,
c'est beaucoup plus difficile et l'efficacité du couplage devient
très faible.
Remarques :
-
On peut augmenter l'angle du cône d'acceptance en augmentant
;
on augmente alors le nombre de modes, ce qui entraine des problèmes
de dispersion.
-
Il est plus facile de coupler la lumière dans une fibre multimodale
que dans une fibre unimodale, car les dimensions du coeur sont plus grandes.
Les rayons se partagent en deux types illustrés par la figure 2.2
:
-
les rayons hélicoïdaux qui ne coupent jamais l'axe,
-
les rayons méridionaux qui coupent l'axe périodiquement.
Figure 2.2: Projection sur une section droite de la fibre du
tracé des rayons (a) helicoïdaux et (b) méridionaux.
Dans une fibre multimodale, la plupart des rayons sont hélicodaux.
A chaque inclinaison 
correspond
un groupe de rayons auquel on peut associer un mode. Chaque mode est caractérisé
par sa vitesse de phase
liée
à l'angle 
par
Il y aurait donc, dans cette approche purement géométrique,
autant d'inclinaisons que de modes.
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Copyright 1995 Suzanne Lacroix
Lun Jul 3 16:05:57 1995