Fibre optique

Une fibre optique est une fine fibre de verre ou de plastique qui peut transporter la lumière d'une extrémité à l'autre. L'étude des fibres optiques est appelée fibre optique, qui fait partie des sciences appliquées et de l'ingénierie.

Les fibres optiques sont principalement utilisées dans les télécommunications, mais elles servent aussi à l'éclairage, aux capteurs, aux jouets et aux caméras spéciales pour voir à l'intérieur de petits espaces. Elles sont parfois utilisées en médecine pour voir à l'intérieur des personnes, comme dans leur gorge.

Un faisceau de fibres optiques.Zoom
Un faisceau de fibres optiques.

Histoire

Guider la lumière par réflexion interne, le principe qui rend la fibre optique possible, a été démontré pour la première fois par Daniel Colladon et Jacques Babinet à Paris au début des années 1840. Le physicien John Tyndall en a fait la démonstration lors de ses conférences publiques à Londres, 12 ans plus tard.

Le principe a été utilisé pour la première fois pour les examens médicaux internes par Heinrich Lamm dans les années 1930. Les fibres optiques modernes, où la fibre de verre est recouverte d'un revêtement transparent pour offrir un indice de réfraction plus approprié, sont apparues plus tard dans la décennie.

En 1965, Charles K. Kao et George A. Hockham de la société britannique Standard Telephones and Cables (STC) ont été les premiers à montrer que la perte d'intensité des fibres optiques pouvait être réduite, faisant des fibres un moyen de communication pratique. Ils ont proposé que les défauts des fibres disponibles à l'époque étaient causés par des impuretés qui pouvaient être éliminées. Ils ont indiqué le bon matériau à utiliser pour ces fibres, comme le verre de silice qui a une grande pureté. Cette découverte a valu à Kao le prix Nobel de physique en 2009.

Daniel Colladon a décrit pour la première fois cette "fontaine de lumière" ou "pipe à lumière" dans un article de 1842 intitulé "Sur les réflexions d'un rayon de lumière à l'intérieur d'un courant liquide parabolique". Cette illustration particulière provient d'un article ultérieur de Colladon, en 1884.Zoom
Daniel Colladon a décrit pour la première fois cette "fontaine de lumière" ou "pipe à lumière" dans un article de 1842 intitulé "Sur les réflexions d'un rayon de lumière à l'intérieur d'un courant liquide parabolique". Cette illustration particulière provient d'un article ultérieur de Colladon, en 1884.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Une fibre optique est un long et mince brin de matériau transparent. Sa forme est généralement similaire à celle d'un cylindre. Au centre, elle possède un noyau. Autour du noyau, il y a une couche appelée gaine. Le noyau et la gaine sont faits de différentes sortes de verre ou de plastique, de sorte que la lumière voyage plus lentement dans le noyau que dans la gaine. Si la lumière dans le noyau frappe le bord de la gaine à un angle faible, elle rebondit. La lumière peut se déplacer à l'intérieur du noyau et rebondir sur la gaine. Aucune lumière ne s'échappe avant d'arriver à l'extrémité de la fibre, sauf si celle-ci est fortement pliée ou étirée.

Si la gaine de la fibre est éraflée, elle peut se rompre. Un revêtement plastique appelé "tampon" recouvre la gaine pour la protéger. Souvent, la fibre tamponnée est placée à l'intérieur d'une couche encore plus résistante, appelée la gaine. Cela permet d'utiliser facilement la fibre sans la casser.

Les couches d'un même type de fibre optique. 1.- Noyau 8 µm2.-   Gaine 125 µm3.-   Tampon 250 µm4.- Gaine   400 µmZoom
Les couches d'un même type de fibre optique. 1.- Noyau 8 µm2.-   Gaine 125 µm3.-   Tampon 250 µm4.- Gaine   400 µm

Utilise

Communication par fibre optique

La fibre optique est principalement utilisée dans les communications (télécommunications). La communication par fibre optique transmet des informations d'un endroit à un autre en envoyant des impulsions de lumière à travers une fibre optique. La lumière forme une onde porteuse électromagnétique qui est modulée pour transporter l'information. Développés pour la première fois dans les années 1970, les systèmes de communication par fibre optique ont révolutionné l'industrie des télécommunications et ont contribué à l'avènement de l'ère de l'information.

Les premiers systèmes avaient une courte portée, mais les systèmes plus récents ont utilisé des fibres plus transparentes. Comme la lumière ne s'échappe pas de la fibre, elle peut parcourir une longue distance avant que le signal ne devienne trop faible. Ce système est utilisé pour envoyer des signaux téléphoniques et Internet dans et entre les villes. En raison de ses avantages par rapport à la transmission électrique, la fibre optique a largement remplacé les communications par fil de cuivre dans les réseaux centraux des pays développés.

La plupart des systèmes de communication optique sont dotés de connexions électriques. Un signal électrique commande un émetteur. L'émetteur convertit le signal électrique en un signal lumineux et l'envoie par la fibre au récepteur. Le récepteur reconvertit le signal lumineux en un signal électrique.

La fibre est parfois utilisée pour des liaisons plus courtes, par exemple pour transporter les signaux sonores entre un lecteur de disque compact et un récepteur stéréo. Les fibres utilisées pour ces liaisons courtes sont souvent en plastique qui est moins transparent. TOSLINK est le type de prise optique le plus courant pour les stéréos.

Autres utilisations

Les fibres optiques peuvent être utilisées comme capteurs. Des fibres spéciales sont utilisées à cet effet, qui modifient la façon dont elles font passer la lumière lorsqu'il y a un changement autour de la fibre. Les capteurs de ce type peuvent être utilisés pour détecter les changements de température, de pression et autres. Ces capteurs sont utiles parce qu'ils sont petits et n'ont pas besoin d'électricité à l'endroit où la détection a lieu.

Ces fibres sont également utilisées pour transporter la lumière afin que les humains puissent la voir. Elles sont parfois utilisées pour la décoration, comme les arbres de Noël à fibres optiques. Elle est parfois utilisée pour l'éclairage, lorsqu'il est pratique d'avoir l'ampoule ailleurs que là où la lumière doit être. Elle est parfois utilisée dans les enseignes et l'art pour des effets spéciaux.

Un faisceau de fibres peut être utilisé pour fabriquer un appareil appelé endoscope ou fibroscope. Il s'agit d'une longue et fine sonde que l'on peut introduire dans un petit trou, qui enverra une image de ce qui se trouve à l'intérieur à travers la fibre à une caméra. Les endoscopes sont utilisés par les médecins pour voir à l'intérieur du corps humain, et sont parfois utilisés par les ingénieurs pour voir dans les espaces restreints des machines.

Les fibres optiques (auxquelles des produits chimiques spéciaux ont été ajoutés) peuvent être utilisées comme amplificateurs optiques. Cela permet à un signal optique de voyager plus loin entre les points d'extrémité, et sans convertir le signal optique en signal électrique et inversement, ce qui réduit le coût global des composants. Ces amplificateurs optiques peuvent également être utilisés pour créer des lasers. Ces derniers sont appelés lasers à fibre. Ils peuvent être très puissants, car la fibre longue et fine est facile à maintenir au frais et produit un faisceau lumineux de bonne qualité.

Une prise TOSLINKZoom
Une prise TOSLINK

Un arbre de Noël avec des lumières normales et à fibres optiquesZoom
Un arbre de Noël avec des lumières normales et à fibres optiques

L'intérieur d'une horloge, vu à travers un fibroscope.Zoom
L'intérieur d'une horloge, vu à travers un fibroscope.

Questions et réponses

Q : Qu'est-ce qu'une fibre optique ?


R : Une fibre optique est une fine fibre de verre ou de plastique qui peut transporter la lumière d'une extrémité à l'autre.

Q : Comment s'appelle l'étude des fibres optiques ?


R : L'étude des fibres optiques s'appelle la fibre optique, qui fait partie des sciences appliquées et de l'ingénierie.

Q : A quoi servent principalement les fibres optiques ?


R : Les fibres optiques sont principalement utilisées dans les télécommunications, mais elles sont également utilisées pour l'éclairage, les capteurs, les jouets et les caméras spéciales permettant de voir à l'intérieur de petits espaces.

Q : Comment les fibres optiques sont-elles parfois utilisées en médecine ?


R : Elles sont parfois utilisées en médecine pour voir à l'intérieur des personnes, par exemple dans leur gorge.

Q : Y a-t-il d'autres utilisations des fibres optiques que les télécommunications ?


R : Oui, elles sont également utilisées pour l'éclairage, les capteurs, les jouets et des caméras spéciales pour voir à l'intérieur de petits espaces.

Q : Est-il possible d'utiliser une fibre optique pour regarder à l'intérieur du corps d'une personne ?


R : Oui, elles peuvent être utilisées en médecine pour voir à l'intérieur des gens, par exemple dans leur gorge.

Q : L'étude des fibres optiques fait-elle partie des sciences appliquées ou de l'ingénierie ?


R : L'étude des fibres optiques fait partie des sciences appliquées et de l'ingénierie.

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