Réflexion interne totale

Cette page décrit le concept de réflexion interne totale dans le cadre des médias optiques.

Un rayon lumineux qui passe de l'état en fonction à l'état hors fonction (configuration de 1 et de 0) pour transmettre des données dans une fibre optique doit rester à l'intérieur de celle-ci jusqu'à ce qu'il atteigne son extrémité. Il ne doit pas se réfracter dans le matériau qui enveloppe la fibre, car la réfraction entraînerait la perte d'une partie de l'énergie lumineuse du rayon. La fibre doit être conçue de façon à ce que sa surface externe serve de miroir au rayon lumineux qui se déplace dans la fibre. Si tout rayon tentant de sortir de la fibre se réfléchissait dans la fibre à un angle qui l'achemine à l'extrémité de la fibre, il constituerait un bon conduit ou guide pour les ondes lumineuses.

Les lois de réflexion et de réfraction illustrent la façon de concevoir une fibre guidant les ondes lumineuses qui la traversent avec un minimum de perte d'énergie. Les deux conditions suivantes doivent être remplies pour que les rayons lumineux se réfléchissent dans la fibre sans que la réfraction entraîne une perte d'énergie:

L'indice de réfraction (n) au coeur de la fibre optique doit être supérieur à celui du matériau qui l'enveloppe. Le matériau protégeant le coeur de la fibre est appelé enveloppe.
L'angle d'incidence du rayon lumineux est supérieur à l'angle critique du coeur et de son enveloppe.
Si ces deux conditions sont remplies, l'intégralité du rayon incident se reflète à l'intérieur de la fibre. La conception d'une fibre optique repose sur ce principe appelé réflexion interne totale. La réflexion interne totale entraîne les rayons lumineux circulant dans la fibre hors de la limite cœur-enveloppe et les achemine vers l'extrémité de la fibre. La lumière franchit le coeur de la fibre en zigzag.

Il est facile de fabriquer une fibre qui remplit la première condition. En outre, il est possible de contrôler l'angle d'incidence des rayons lumineux entrant dans le cœur en limitant les deux facteurs suivants:

Ouverture numérique de la fibre – L'ouverture numérique d'un coeur est l'intervalle des angles des rayons incidents pénétrant dans la fibre qui seront entièrement réfléchis.
Modes – Chemins suivis par un rayon lumineux lorsqu'il se déplace dans une fibre.
Le contrôle de ces deux facteurs permet d'obtenir une réflexion interne totale au cours du déplacement de rayons lumineux dans une fibre. Les ondes lumineuses disposent ainsi d'un guide qui peut être utilisé dans la communication de données.

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