Transcript O Transmettre des informations par fibre optique

O
Transmettre des informations par fibre optique
Avec le développement des télécommunications, la transmission
libre atteint ses limites. En effet, les bandes de fréquences allouées
aux diverses utilisations ne sont pas infinies. On remplace
progressivement la transmission libre par de la transmission guidée
par des fibres optiques.
Comment transmettre un son à l'aide d'une fibre optique?
On se propose de transmettre un signal sonore à
l'aide d'un dispositif comprenant un encodeur, une
fibre optique et un décodeur (doc. B).
) Diriger une extrémité de la fibre optique vers une
source lumineuse tout en observant I'autre extrémité.
) Relier l'encodeur à la fibre optique et observer
l'autre extrémité.
) Connecter le décodeur à la fibre optique.
D Émettre un son face au microphone tout en l'écoutant en sortie du haut-parleur du décodeur.
) Si l'écoute est satisfaisante, brancher un système
d'acquisition à la sortie du décodeur. Refaire l'expé-
Compétence exigible
au baccalauréat
.
Mettre en æuvre un dispositif
de transmission de données
(câble, fibre optique).
Fibre optique
Encodeur
Microphone
&
Ooc.
8
intégré
Décodeur
Haut-parleur intégré
Montage expérimental.
Réponse spectrale (grandeur relative)
1,0
0,8
rience en procédant à une acquisition avec une
période d'échantillonnage T" é9ale à 100 ps et une
durée totale de 50 ms oar exemole.
0,6
0,4
I
Il
Or'observe-t-on à I'extrémité de
la
fibre
:
0,2
a. si elle est dirigée vers une source lumineuse?
b" si elle est reliée à l'encodeur?
0
$
Justifier la réponse de la question 1b à l'aide du
f[
Quelles sont la période et la fréquence du signal
0,6
document 9.
à
*
Ooc.
son dans la fibre
Donnée;
9
1,0
Extrait de la notice technique du dispositif
encodeur-émetteu
la sortie du décodeur?
0,8
Longueur d'onde dans le vide (pm)
t" froqu"nce de ce signal correspond-elle à la
-[l gamme de fréquences des ondes sonores?
ff Auelle est la fréquence du signal transportant ce
El
0,4
Milieu
r.
1
?
c:3.00 x 108 m.s-l.
schematiser la chaîne de transmission d'informa-
tions (voir p. 522) en utilisant les mots encodeur,
émetteur, récepteur
eT
décodeur.
Milieu 2
*
Ooc. 10 Réflexion totale. Les milieux 1 et 2 sont
homogènes et transparents. Le rayon lumineux représenté
en rouge modélise le trajet de l'onde électromagnétique.
considère que les ondes électromagnétiques se propagent dans la fibre optique par le phénomène de
réflexion totale (doc. 10). Rappeler la loi de Snell-Descartes relative à la réflexion totale. Proposer alors un
mode de propagation des ondes électromagnétiques dans la fibre optique. Pour cela, recopier le schéma du
document 11 et compléter le trajet des ondes électromagnétiques.
EtOn
\
*
Gaine
n2
Cceur
D1
Doc. 11 Schématisation de la propagation des ondes électromagnétiques dans une fibre optique.
n, est l'indice de réfraction du cceur et n, celui de la gaine (n.>
n2).
n
La lecture
d'un disque optique
â& &r}T{3$!*$$!g
les disques optiques CD, DVD et Blu-ray Disc (BD) sont des supports permettant d'écouter de la musique, de
regarder un film ou de lire des fichiers de données informatiques.
Quel est le principe de lecture de ces disques?
Liobservation au microscope électronique de la surface
d'un CD contenant des informations numériques
montre un alignement de creux et de plats de différentes
longueurs (doc. l2). Ces creux (plts) sont séparés par des
plats (lands).
Les crerx et les plats sont disposés sur une piste en forme
de spirale de plusieurs kilomètres de long.
C'est la variation d'intensité lumineuse au cours
de la lecture qui permet de repérer les crerx et les plats
et de décoder I'information numérioue.
:
a*rrffi
Surface-
r
!
\'-ue e:1
**::Be
i
l
i
di,qg8îË I
pr"t--i-
j,
Sens de
lecture
&
Doc. 12 Surface d'un disque optique vu
|
i
|
Laser
I
I ond"t
J ond"t
incidentes
réfléchies
au
I
microscope électronique.
]
&
À la lecture, Ie disque tourne devant un système
comprenant notamment une diode laser et une
photodiode servant de capteur.
I-iinformation correspondant à I bit occupe 0,278 pm
sur le CD. À intervalles de temps égarx, correspondant à
un déplacement du faisceau laser de 0,278 pm sur le CD,
le système de lecture mesure l'intensité lumineuse
réfléchie par le disque et restitue le codage binaire
associé. C'est donc la réflexion de la lumière laser sur
les crerx et les plats qui permet de transcrire les données
binaires.
Doc. 13 Lecture d'un plat (a) et d'un creux (b).
Les pointillés verts correspondent à la vue en coupe.
Pour la clarté du schéma, la couche de polycarbonate
n'est pas représentée.
li
[.
p.OO"'"r les conditions d'interférences destructives vues au chapitre 3.
Ouelle est la plus petite valeur de la différence de
marche qui permet de les observer?
!l
La longueur d'onde dans le vide de la radiation
et les plats sont
protégés par une couche protectrice de polycar-
principe de la lecture repose sur des interférences
entre les différentes parties du faisceau réfléchi qui
convergent sur le capteur.
Le
bonate d'indice de réfraction n
p
Lorsque le faisceau laser est réfléchi par un plat et
Ia surface du disque, l'intensité lumineuse reçue par
le capteur est maximale (doc. l Ba) . Lorsque le faisceau
atteint un creux, une partie est réfléchie par le creux
et une partie est réfléchie par la surface du disque
(doc. l3b).
parcourt
une distance supérieure à la distance parcourue par celle
réfléchie par la surface du disque. Lécart entre les deux
trajets correspond exactement à la moitié de la longueur
d'onde de la radiation laser. Il s'établit au niveau du
capteur des interférences destructives entre la fraction
de faisceau réfléchie sur Ia surface du disque et celle
réfléchie dans le creux. Lintensité de la lumière réfléchie
est alors plus faible que si toute la réflexion se faisait sur
un plat et la surface du disque.
=
1,55 pour
la
radiation considérée. Calculer la lonqueur d'onde
de la radiation laser dans le polycarb-onate.
Verilier que la profondeur du creux, égale
à
0,125 ym, est bien compatible avec cette valeur.
[,
La fraction du faisceau réfléchie par le creux
laser est À = 780 nm. Les creux
nappeler quel phénomène ondulatoire permet la
lecture d'un CD, d'un DVD ou d'un BD.
Lindice de réfraction n d'un milieu s'exprime par:
célérité de Ia lumière dans Ie milieu traversé et
la célériié de la lumière dans le vide ou l'air :
v est la
c est
3,00 x 108
m.s
1
m,stockage optique
Ë}{ &{!TS}{&&Tts
Depuis quelques années, les disques Blu-ray (BD) conculrencent les disques DVD et Ce
car leur capacité de stockage de données est plus importante.
Quel est le principe de stockage de ces disques?
GN
DUN
Commercialisé en 1982
BII
Commercialisé en 1995
Commercialisé en 2006
& Doc. 14 Schématisàtion
de la surface de trois types de disques optiques : CD, DVD et BD.
Pour augmenter la capacité des disques optiques sans
en augmenter la taille, la dimension des crerx gravés
et l'espacement entre les lignes a diminué (doc. 14).
Pour lire et décoder convenablement les informations
gravées, il est alors nécessaire de réduire le diamètre
du faisceau laser de lecture.
Cependant on ne peut pas diminuer indéfiniment
le diamètre d'un faisceau laser, car le phénomène
de diffraction entre en jeu si le diamètre de l'ouverture
du laser atteint I'ordre de grandeur de la longueur d'onde
I
Caractéristiques de différents disques
optiques
Format
CD
DVI)
BD
Longueurd'onde (nm)
780
650
405
Ouverture numérique NA
0,45
0,60
0,85
1,6
o,74
0,32
de la radiation.
Ecartement des lignes (pm)
Le diamètre d du spot laser sur le disque optique
est proportionnel à Ia longueur d'onde À de la radiation
et inversement proportionnel à une grandeur appelée
Taille minimale d'un creux (pm)
0,83
0,40
0,14
ouverture numérique (NA) qui dépend de l'émetteur
Capacité de stockage (Gio)
0,75
4,4
LJ
laser.
On admet que d est donné par la relation
Remarque:
:
La capacité est exprimée en gibioctets (Gio)
1 Gio :230 octets.
d=r.22L
,NA
li
I
E C"t.rt"t
IQ
:l
'i.
le diamètre du faisceau laser corresponl
dant à chaque format.
Montrer que, pour chaque format. le faisceau
n'éclaire qu'une ligne à la fois.
:
ri
:|
.i
:.'-=.r;;r,;,..:;;";==";.s;
.rr.,,; -..t
=:+
f[ Ouels moyens utilise-t-on pour stocker davantage
de données sur un disque optique?