La fibre optique est un fil dont l’âme, très fine et faite de verre ou de plastique, a la propriété de conduire la lumière et sert pour la fibroscopie, l'éclairage ou la transmission de données numériques. Elle offre un débit d'information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et peut servir de support à un réseau « large bande » par lequel transitent aussi bien la télévision, le téléphone, la visioconférence ou les données informatiques. Le principe de la fibre optique date du début du mais ce n'est qu'en 1970 qu'est développée une fibre utilisable pour les télécommunications, dans les laboratoires de l'entreprise américaine Corning Glass Works (actuelle Corning Incorporated).
Entourée d'une gaine protectrice, la fibre optique peut être utilisée pour conduire de la lumière entre deux lieux distants de plusieurs centaines de kilomètres. Le signal lumineux codé par une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité d'information. En permettant les communications à très longue distance et à des débits jusqu'alors impossibles, les fibres optiques ont constitué l'un des éléments clés de la progression des télécommunications. Ses propriétés sont également exploitées dans le domaine des capteurs (température, pression), dans l'imagerie et dans l'éclairage.
Histoire Précurseurs upright=0.8|thumb|Illustration provenant d'un article de La nature de 1884 par Jean-Daniel Colladon.
À l'époque des , mis à profit par les artisans du verre pour créer des pièces décoratives. Plus tard, les techniques de fabrication utilisées par les artisans vénitiens de la Renaissance pour fabriquer les millefiori ressembleraient beaucoup aux techniques actuelles de fabrication de la fibre optique. L'utilisation du verre en conjonction avec la lumière n'est donc pas récente.
La première démonstration scientifique du principe de la réflexion totale interne fut faite par les physiciens suisse et français Jean-Daniel Colladon à Genève et Jacques Babinet à Paris au début des années 1840D. Colladon, « Sur les réflexions d'un rayon de lumière à l'intérieur d'une veine liquide parabolique », Comptes rendus 15, 800 (1842), La fontaine laser (laboratoire de physique des lasers).. L'Irlandais John Tyndall répéta l'expérience devant la Société royale britannique en 1854. À l'époque, l'idée de courber la trajectoire de la lumière, de quelque façon que ce soit, était révolutionnaire puisque les scientifiques considéraient que la lumière voyageait uniquement en ligne droite. Leur démonstration consistait à guider la lumière dans un jet d'eau déversé d'un trou à la base d'un réservoir. En injectant de la lumière dans ce jet, celle-ci suivait bien la courbure du jet d'eau, démontrant ainsi qu'elle pouvait être déviée de sa trajectoire rectiligne. Ils établirent ainsi le principe de base de la transmission par fibre optique. Par la suite, de nombreuses inventions utilisant le principe de la réflexion totale interne virent le jour ; comme les fontaines lumineuses ou la fibroscopie utilisant des dispositifs transportant la lumière dans des cavités du corps humain.
On doit la première tentative de communication optique à Alexander Graham Bell, l'un des inventeurs du téléphone. En effet, il mit au point, au cours des années 1880, le photophone. Cet appareil permettait de transmettre la lumière sur une distance de deux cents mètres. La voix, amplifiée par un microphone, faisait vibrer un miroir qui réfléchissait la lumière du Soleil. Quelque deux cents mètres plus loin, un second miroir captait cette lumière pour activer un cristal de sélénium et reproduire le son voulu. Le récepteur de cet appareil était presque identique à celui du premier téléphone. Bien qu'opérationnelle en terrain découvert, cette méthode s'avéra peu utilisée. La pluie, la neige et les obstacles qui empêchaient la transmission du signal condamnèrent cette invention, bien qu'il considérât lui-même que le photophone était sa plus grande invention, puisqu'elle permettait une communication sans fil.
Premières réalisations thumb|upright=0.8|left|Faisceau de fibres optiques pour réseaux métropolitains.
La possibilité de transporter de la lumière le long de fines fibres de verre fut exploitée au cours de la première moitié du . En 1927, Baird et Hansell tentèrent de mettre au point un dispositif d'images de télévision à l'aide de fibres. Hansell put faire breveter son invention, mais elle ne fut jamais vraiment utilisée. Quelques années plus tard, en 1930, Heinrich Lamm réussit à transmettre l'image d'un filament de lampe électrique grâce à un assemblage rudimentaire de fibres de quartz. Cependant, il était encore difficile à cette époque de concevoir que ces fibres de verre puissent trouver une application.
La première application fructueuse de la fibre optique eut lieu au début des années 1950, lorsque le fibroscope flexible fut inventé par Abraham van Heel et Harold Hopkins. Cet appareil permettait la transmission d'une image le long de fibres en verre. Il fut particulièrement utilisé en endoscopie, pour observer l'intérieur du corps humain, et pour inspecter des soudures dans des réacteurs d'avion. Malheureusement, la transmission ne pouvait pas être faite sur une grande distance étant donné la piètre qualité des fibres utilisées. En 1957, le fibroscope (endoscope flexible médical) est inventé par Basil Hirschowitz aux États-Unis.
Les télécommunications par fibre optique restèrent impossibles jusqu'à l'invention du laser en 1960. Le laser offrit en effet la possibilité de transmettre un signal sur une grande distance avec une perte et une dispersion spectrale très faibles. Dans sa publication de 1964, Charles Kao, des , décrivit un système de communication à longue distance et à faible perte en mettant à profit l'utilisation conjointe du laser et de la fibre optique. Peu après, soit en 1966, il démontra expérimentalement, avec la collaboration de Georges Hockman, qu'il était possible de transporter de l'information sur une grande distance sous forme de lumière grâce à la fibre optique. Cette expérience est souvent considérée comme la première transmission de données par fibre optique. Cependant, les pertes dans cette fibre optique étaient telles que le signal disparaissait au bout de quelques centimètres, non par perte de lumière, mais parce que les différents chemins de réflexion du signal contre les parois finissaient par en faire perdre la phase. Cela la rendait encore peu avantageuse par rapport au fil de cuivre traditionnel. Les pertes de phase entraînées par l'usage d'une fibre de verre homogène constituaient le principal obstacle à l'utilisation courante de la fibre optique.
En France, la première thèse de doctorat sur le sujet fut soutenue en par Luigi d'Auria à l'université de Toulouse.
En 1970, trois scientifiques de la compagnie de New York, Robert Maurer, Peter Schultz et Donald Keck, produisirent la première fibre optique avec des pertes de phase suffisamment faibles pour être utilisée dans les réseaux de télécommunications (20 décibels par kilomètre). Leur fibre optique était en mesure de transporter fois plus d'information qu'un simple câble de cuivre, ce qui correspondait au rapport des longueurs d'onde utilisées.
Le premier système de communication téléphonique optique fut installé au centre-ville de Chicago en 1977. En France, la DGT a installé en 1980 la première liaison optique à Paris entre les centraux téléphoniques des Tuileries et Philippe-Auguste. On estime que depuis 2005 plus de 80 % des communications à longue distance sont transportées le long de plus de 25 millions de kilomètres de câbles à fibres optiques partout dans le monde.. La fibre optique s'est, dans une première phase (1984 à 2000), limitée à l'interconnexion des centraux téléphoniques, eux seuls nécessitant de forts débits. Cependant, avec la baisse des coûts entraînée par sa fabrication en masse et les besoins croissants des particuliers en très haut débit, on envisage depuis 1994. et 2005 son arrivée chez les particuliers5.5 millions de nouveaux abonnés à la fibre optique, blog Pixmania : DFA pour desserte par fibre de l’abonnédesserte par fibre de l'abonné, sur le site franceterme.culture.gouv.fr, FTTH ( ), FTTB ( ), FTTC ( )
Fonctionnement Principe thumb|Principe d'une fibre optique.
La fibre optique est un guide d'ondes qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est habituellement constituée d'un cœur entouré d'une gaine. Le cœur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé (différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L’ensemble est généralement recouvert d’une gaine plastique de protection.
Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre extrémité de la fibre optique sans perte, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée.
Une fibre optique est souvent décrite selon deux paramètres : la différence d'indice normalisé, qui donne une mesure du saut d'indice entre le cœur et la gaine : , où est l'indice de réfraction du cœur, et celui de la gaine ; l'ouverture numérique de la fibre ( ), qui est concrètement le sinus de l'angle d'entrée maximal de la lumière dans la fibre pour que la lumière puisse être guidée sans perte, mesuré par rapport à l'axe de la fibre. L'ouverture numérique est égale à .
thumb|Principe d'une fibre optique à saut d'indice.
Saut ou gradient d'indice Il existe essentiellement deux types de fibres optiques qui exploitent le principe de la réflexion totale interne: la fibre à saut d'indice et la fibre à gradient d'indice. Dans la fibre à saut d'indice, l'indice de réfraction chute brutalement d'une valeur dans le cœur à une valeur moindre dans la gaine. Dans la fibre à gradient d'indice, ce changement d'indice est beaucoup plus progressif. Un troisième type de fibre optique utilise le principe de la bande interdite des cristaux photoniques pour assurer le guidage de la lumière, plutôt que la réflexion totale interne. De telles fibres sont appelées des fibres à cristaux photoniques, ou fibres microstructurées. Ces fibres présentent habituellement un contraste d'indice beaucoup plus élevé entre les différents matériaux (en général la silice et l'air). Dans ces conditions, les propriétés physiques du guidage diffèrent sensiblement des fibres à saut d'indice et à gradient d'indice.
Dans le domaine des télécommunications optiques, le matériau privilégié est la silice très pure car elle présente des pertes optiques très faibles. Quand l'atténuation n'est pas le principal critère de sélection, on peut également mettre en œuvre des fibres en matière plastique. Un câble de fibres optiques contient en général plusieurs fibres, chaque fibre conduisant un signal soit dans un seul sens (mode simplex), soit dans les deux sens (mode duplex)Les réseaux d'accès à Internet les plus répandus : FTTH, câble/DOCSIS, utilisent une seule fibre bidirectionnelle par abonné. ; dans ce dernier cas, deux longueurs d'onde (ou plus) sont utilisées (au moins une par sens) P. Vetter, Next Generation Optical Access Technologies tutorial, slide 4 et 5, greentouch.org .. Lorsqu'une fibre optique n'est pas encore alimentée, on parle de fibre optique noire.
Fibres monomodes et multimodes thumb|Fibres multimodes et monomodes.|alt=
Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon le diamètre de leur cœur et la longueur d'onde utilisée : les fibres monomodes et multimodesQuels sont les 2 types de fibre optique ?.
Fibres multimodes