La fibre optique, c’est quoi?

Vous êtes nouveau dans le domaine de la fibre optique ou simplement curieux d’en apprendre plus sur le sujet? Cet article est un point de départ sur les bases de la fibre optique et un aperçu sur le vaste monde des applications à base de fibres optiques.

Les principes de base d’une fibre optique

Depuis l’origine de la civilisation, les humains utilisent la lumière comme signal d’information ou comme moyen de communication. Pensez à la lumière que produit un feu vu de loin, un phare qui guide les navires ou encore, les signaux de fumée de différentes couleurs pour une communication visuelle sur une longue distance.

Comme la lumière voyage à la vitesse la plus rapide possible dans l’univers, il n’est pas étonnant que les scientifiques et ingénieurs essaient depuis longtemps de l’utiliser pour transmettre de l’information et des messages.

C’est vers 1840 que les premiers travaux sur les principes physiques sous-jacents qui ont mené à la fibre optique auraient été publiés, moment où l’on commençait à comprendre la lumière. On y écrivait sur le phénomène de la lumière qui se déplace à différentes vitesses dans différents matériaux. C’est vers 1960 que l’humain a commencé à utiliser les fibres optiques, malgré le processus complexe nécessaire à la fabrication de ces dernières.

Diriger la lumière sur de longues distances est complexe, car vous pouvez en perdre une partie si votre matériau n’est pas complètement transparent, et qu’elle peut se refléter ou s’atténuer si elle heurte une interface. Pour éviter ces problèmes, nous utilisons un phénomène connu sous le nom de réflexion interne total, qui nous permet de « capturer » la lumière.

Voici comment ça fonctionne : si la lumière voyage dans un matériau transparent et qu’elle arrive sur l’interface d’un autre matériau transparent, une partie sera réfléchie et une partie passera au travers.
Une petite quantité de lumière peut aussi être absorbée par le matériau, et une portion peut être dispersée plutôt aléatoirement. Le comportement de la lumière est défini par l’index de réfraction et les propriétés chimiques des deux matériaux.

Si les deux matériaux sont soigneusement choisis pour leur indice de réfraction, on peut y arriver et d’un certain angle, la lumière est réfléchie dans le premier matériau. Cette caractéristique nous permet de guider notre lumière « indéfiniment » sur une longue distance, nous donnant une version simplifiée de la fibre optique.

Les fibres optiques sont des tubes de verre très fins qui utilisent le phénomène de réflexion interne total pour guider la lumière. Le matériau principal est le verre, car il est transparent sur une large plage de longueurs d’onde. Évidemment, rien n’est parfait et il y a quelques pertes intrinsèques de lumière sur la longueur de la fibre, mais la lumière peut rester presque identique sur plusieurs kilomètres. La lumière sera guidée par le cœur de la fibre. Il y aura une différence d’indice de réfraction avec la gaine du verre, conçue pour que la lumière reste dans le cœur par réflexion interne totale. Une ou plusieurs couches de revêtements protecteurs (généralement des polymères) sont également appliquées à la fibre en raison de la fragilité de son cœur de verre et de la gaine.

Fibre simple gaine