TECHNOLOGIE DE L'OPTIQUE GUIDEE

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Séquence 1 : Principe, Propriétés et Technologies de Séquence 1 1 ère partie la fibre optique 1.1 Principe de fonctionnement de la fibre optique 1.1.1 Bases théoriques du guidage de la lumière 1.1.1.1 la lumière : propriétés fondamentales La lumière, au sens strict du terme, est constituée par la partie visible du spectre électromagnétique et les rayonnements de longueurs d’onde voisines : infrarouge et ultraviolet. Pour rappel, c’est le champ d’application de l’optique. A cette partie du spectre électromagnétique correspondent les rayons dits rayonnements optiques. Fig 1.1: Rayonnements optiques: désignations et répartition spectrale Master GETEL UV Technologie de l'optique guidée Version 19/09/2007
La lumière présente à la fois un aspect ondulatoire et un aspect corpusculaire. Considérée sous son aspect ondulatoire, la lumière apparaît constituée d’ondes électromagnétiques émises lors des transitions électroniques entre niveaux d’énergie des atomes de la source (filament de tungstène, soleil, lampe tempête, diode led, laser,…). Ces ondes se propagent dans le vide à la vitesse : c = 299792 km/s et dans la matière à une vitesse v=c/n (1) où n est l’indice de réfraction du milieu. La fréquence υ et la longueur d’onde λ sont liées par la relation : λ=v/ υ (2) soit dans le vide λ=c/ υ (3) Une onde lumineuse monochromatique est formée d’un champ électrique et d’un champ magnétique orthogonaux, perpendiculaires à la direction de propagation et variant sinusoïdalement en phase. Les différents atomes de la source (hormis le cas du laser), émettent des ondes dont les phases et les directions des champs sont indépendantes et qui pour un même atome varient aléatoirement au cours du temps. Ces ondes ne peuvent donc être monochromatiques. L’utilisation d’un polariseur permet d’obtenir un rayonnement dont les champs électrique et magnétique ont une direction constante dans l’espace : l’onde est polarisée. L’aspect corpusculaire de la lumière ressort lors de son interaction avec la matière : la lumière, comme d’ailleurs tout rayonnement électromagnétique, est constituée de particules appelées photons, chacun étant le support d’une énergie élémentaire Wф= hυ, h étant la constante de Planck, égale à 6,6256*10 -34 J.S D’autre part, dans la matière, les électrons sont liés aux atomes et exigent pour devenir libres, une énergie Wl qui est leur énergie de liaison. L’absorption d’un photon provoquera la libération d’un électron à condition que Wф ≥ Wl, soit υ≥ Wl/h ou λ≤hc/ Wl (4) La longueur d’onde maximale susceptible de provoquer la libération d’un électron dans un matériau donné est la longueur d’onde seuil λs=hc/ We. (5) Soit λs (µ m)= 1,237/ We.(ev) (6) De façon plus générale, le type de charges libérées par le rayonnement dépend de la nature du matériau éclairé : - paires électron-trou dans les isolants et les semi-conducteurs très purs. Fig I-3.a. - électrons dans les semi-conducteurs dopés par les atomes donneurs Fig I-3.b. - trous dans les semi-conducteurs dopés par les atomes accepteurs. Fig I-3.c. Master GETEL UV Technologie de l'optique guidée Version 19/09/2007
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