Schema Fibres Optiques

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Conversion de signaux électriques en signaux optiques au moyen d'un transceiver Ethernet
Le transceiver optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques véhiculés au coeur de la fibre. A l'intérieur des deux transceivers partenaires, les signaux électriques seront traduits en impulsions optiques par une LED et lus par un phototransistor ou une photodiode.
On utilise une fibre pour chaque direction de la transmission.
Les émetteurs utilisés sont de trois types:
Les LED Light Emitting Diode qui fonctionnent dans le rouge visible (850nM). C'est ce qui est utilisé pour le standard Ethernet FOIRL.
Les diodes à infrarouge qui émettent dans l'invisible à 1300nM
Les lasers, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d'onde est 1300 ou 1550nM

Les trois types de fibre optique

La fibre à saut d'indice 200/380 constituée d'un coeur et d'une gaine optique en verre de différents indices de réfraction. Cette fibre provoque de par l'importante section du coeur, une grande dispersion des signaux la traversant, ce qui génère une déformation du signal reçu.
La fibre à gradient d'indice dont le coeur est constitué de couches de verre successives ayant un indice de réfraction proche. On s'approche ainsi d'une égalisation des temps de propagation, ce qui veut dire que l'on a réduit la dispersion nodale. Bande passante typique 200-1500Mhz par km. C'est ce type de fibre qui est utilisé à l'intérieur des bâtiments de l'Université (62.5/125) et entre certains sites desservis par les PTT (50/125).
La fibre monomode dont le coeur est si fin que le chemin de propagation des différents mode est pratiquement direct. La dispersion nodale devient quasiment nulle. La bande passante transmise est preque infinie (>10Ghz/km). Cette fibre est utilisée essentiellement pour les sites à distance.
Le petit diamètre du coeur (10um) nécessite une grande puissance d'émission, donc des diodes au laser qui sont relativement onéreuses.
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Propagation de la lumière dans les trois types de fibres


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L'atténuation est constante quelle que soit la fréquence Seule la dispersion lumineuse limite la largeur de la bande passante.
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Constitution d'une fibre optique multimode
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Propagation de la lumière dans une fibre à saut d'indice
Le dessin ci-dessus indique comment se produit la réflexion des signaux lumineux en fonction de leur angle d'émission. Ce qui démontre que le chemin parcouru n'a pas la même longueur pour tous les rayons. C'est ce que l'on appelle la dispersion nodale.
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Affaiblissement de la lumière en fonction de la longueur d'onde de la source
L'affaiblissement de la lumière dans la fibre est fonction de la longueur d'onde de la source. Elle est constante pour toutes les fréquences du signal utile transmis. Le dessin ci-dessus montre que l'affaiblissement est plus important dans le rouge (850nM) que dans l'infrarouge (1300-1550nM).

du barreau de verre au cable multi-fibres

Les images ci-après montrent comment l'on fabrique de la fibre monomode. Chaque étape de fabrication est illustrée par une courte séquence filmée.
La première étape consiste en l'assemblage d'un tube et d'une barre de verre cylindrique montés concentriquement. On chauffe le tout pour assurer l'homogenéité du barreau de verre.
Un barreau de verre d'une longueur de 1 m et d'un diamètre de 10 cm permet d'obtenir par étirement une fibre monomode d'une longueur de 150 km environ!
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Le barreau ainsi obtenu sera installé verticalement dans une tour située au premier étage et chauffé par des rampes à gaz. Le verre va s'étirer et "couler" en direction du rez pour être enroulé sur une bobine.
On mesure l'épaisseur de la fibre (~10um) pour asservir la vitesse du moteur de l'enrouleur, afin d'assurer un diamètre constant.
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Puis on va enrober le verre d'un revêtement de protection (~230 um) et assembler les fibres pour obtenir le câble final à un ou plusieurs brins.
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connexion de la fibre optique

Il existe nombre de connecteurs pour la fibre optique. Les plus répandus sont les connecteurs ST et SC . Pour les réseaux FDDI, on utilise les connecteurs doubles MIC .
Il faut encore citer les connecteurs SMA (à visser) et les connecteurs FCPC utilisés pour la fibre monomode.
Il y a plusieurs manières pour coupler de la fibre optique:
e couplage mécanique de deux connecteurs mis bout à bout au moyen d'une pièce de précision. Le dessin ci-dessous montre l'union de deux connecteurs ST, mais il existe des coupleurs ST/SC ou ST/MIC.
Le raccordement par Splicemécanique qui est utilisé pour les réparations à la suite de rupture ou pour raccorder une fibre et un connecteur déja équipé de quelques centimètres de fibre que l'on peut acquérir dans le commerce(Pig tail).
La fusion au moyen d'un appareil à arc électrique appelé fusionneuse.
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L'avènement


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Fibre optique 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 XXesiècle. 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 van Heel et 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 donnée 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 sans pertes sur une grande distance. Dans sa publication de 1964, Charles Kao, des Standard Telecommunications Laboratories, 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 entrainées par l'usage d'une fibre de verre homogène constituaient le principal obstacle à l'utilisation courante de la fibre optique.
En 1970, trois scientifiques de la compagnie Corning Glass Works 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 ,aujourd'hui la fibre conventionnelle affiche des pertes de moins de 0,25 décibel par kilomètre pour la longueur d'onde 1550 nm. utilisée dans les télécommunications). Leur fibre optique était en mesure de transporter 65000 fois plus d'informations 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 la première liaison optique à Paris entre les centraux téléphoniques des Tuileries et Philippe-Auguste. On estime qu'aujourd'hui 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 entrainée par sa fabrication en masse et les besoins croissants des particuliers en très haut débit, on envisage depuis 2005 son arrivée même chez les particuliers

Principe de fonctionnement


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La fibre optique est un guide d'onde qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est habituellement constituée d'un coeur entouré d'une gaine. Le coeur 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 coeur et la gaine : schema-electrique, où nc est l'indice de réfraction du coeur, et ng celui de la gaine.
  • l'ouverture numérique de la fibre (en numerical aperture), 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 schema-electrique
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Principe d'une fibre optique à saut d'indice
Il existe plusieurs types de fibre optique. Dans la fibre à saut d'indice, l'indice de réfraction change brutalement entre le coeur et la gaine. Dans la fibre à gradient d'indice, ce changement d'indice est beaucoup plus progressif. Dans les fibres à cristaux photoniques, l'écart d'indice entre les différents matériaux (en général la silice et l'air) est beaucoup plus important. 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 oeuvre des fibres en matière plastique.
Un câble de fibres optiques contient en général plusieurs paires de fibres, chaque fibre conduisant un signal dans chaque sens. Lorsqu'une fibre optique n'est pas encore alimentée, on parle de fibre optique noire.

Système de transmission

Tout système de transmission d'information possède un émetteur et un récepteur. Pour un lien optique, deux fibres sont nécessaires. L'une gère l'émission, l'autre la réception. Il est aussi possible de gérer émission et réception sur un seul brin mais cette technologie est plus rarement utilisée car l'équipement de transmission est plus onéreux.
Le transpondeur optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques véhiculés au coeur de la fibre. A l'intérieur des deux transpondeurs partenaires, les signaux électriques sont traduits en impulsions optiques par une LED et lus par un phototransistor ou une photodiode.
Les émetteurs utilisés sont de trois types:
  • les LED light Emitting Diode (ou diode électroluminescente) qui fonctionnent dans le rouge visible (850 nm)
  • les LASERs, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d'onde est 1300 ou 1550 nm
  • les diodes à infrarouge qui émettent dans l'infrarouge à 1300 nm.
Les récepteurs sont :
  • les photodiodes PIN, les plus utilisées car elles sont peu coûteuses et simples à utiliser avec une performance satisfaisante,
  • les photodiodes à avalanche.
Pour tous les types de détecteurs optiques, le principe de fonctionnement est le même : l'effet photoélectrique.
Entre les deux transpondeurs, l'information est portée par un support physique (la fibre) appelé le canal de transmission. Au cours de son parcours, le signal est atténué et déformé : des répéteurs et des amplificateurs placés à intervalles réguliers permettent de conserver l'authenticité du message. En général, la modulation du signal optique est une modulation d'intensité lumineuse obtenue par la modulation du signal électrique dans la diode ou le laser.
L'atténuation et la déformation du signal sont des conséquences directes de la longueur du canal de transmission. Afin de conserver le signal optique de la source, les systèmes de transmission optique utilisent trois types d'amplificateurs :
  • amplification seule
  • amplification et remise en forme
  • amplification, remise en forme et synchronisation.
Il existe des répéteurs à amplification optique (utilisant des verres dopés aux terres rares) ou des répéteurs-régénérateurs électroniques. Les liaisons actuelles utilisent principalement des amplificateurs optiques à fibres dopées erbium et sont entièrement optiques sur des distances pouvant aller jusqu'à 10 000 km.
Comme dans tous les systèmes de transmission, on cherche à transmettre dans la même fibre optique un maximum de communications d'origines différentes. Afin de ne pas brouiller les messages, on les achemine sur des longueurs d'onde différentes : c'est le multiplexage en longueur d'onde ou WDM (Wavelenght Division Multiplexing). Il existe plusieurs techniques de multiplexage chacune adaptée au type de transmission sur fibre optique (transmission longue distance ou boucle locale par exemple): Dense WDM (beaucoup de signaux à des fréquences très rapprochées), ultra WDM (encore plus), Coarse WDM (moins de canaux mais moins coûteux)
Désormais, on sait réaliser des réseaux tout-optique, c'est à dire qui ne sont pas des assemblages de fibres optiques reliées les unes aux autres par des noeuds électriques. Les commutateurs, les multiplexeurs, les amplificateurs existent en version tout-optique. C'est actuellement un réel enjeu car la rapidité des transmissions sur fibre optique est telle que les goulots d'étranglement se trouvent désormais dans l'électronique des noeuds des réseaux.

Fibre optique de silice

La première étape est la réalisation d'une préforme : barreau de silice très pure, d'un diamètre de plusieurs centimètres. Il existe un grand nombre de processus pour concevoir une préforme, des internes comme la méthode PCVD (plasma chemical vapor deposition), ou externes comme la méthode VAD (vapor axial deposition). Le paragraphe suivant décrit la méthode MCVD (modified chemical vapor deposition, dépôt chimique en phase vapeur modifié) qui est la plus utilisée.
Un tube substrat est placé en rotation horizontale dans un tour verrier. Des gaz sont injectés à l'intérieur et vont se déposer à l'intérieur sous l'effet de la chaleur produite par un chalumeau. Ces gaz vont modifier les propriétés du verre (par exemple l'aluminium permet d'augmenter l'indice). Les couches déposées sont ensuite vitrifiées au passage du chalumeau. Ensuite le tube est chauffée à haute température, et va se refermer sur lui-même pour former la préforme.
L'opération de manchonnage permet par la suite de rajouter une couche de silice autour de la préforme pour obtenir le ration coeur/gaine voulue pour la future fibre.
La société ALCATEL a développé une technologie propriétaire APVD (Advanced Plasma and Vapour Deposition) pour remplacer l'opération de manchonnage qui est très coûteuse. Le procédé APVD (communément appelé recharge plasma) consiste à faire fondre des grains de quartz naturel très pur sur la préforme primaire à l'aide d'un chalumeau plasma inductif.
L'association du procédé MCVD et de la recharge plasma pour la fabrication de fibres optiques monomode a fait l'objet d'une publication en 1994 par la société ALCATEL. Le procédé concerné consiste essentiellement à nourrir le plasma en grains de silice naturels ou synthétiques avec un composé additionnel fluoré ou chloré mélangé à un gaz porteur (Brevet Français n° 2 760 449, Campion Jean-Florent and al). Ce procédé de purification constitue la seule alternative connue rentable aux techniques de dépôt externe .
Lors de la seconde étape, la préforme est placée en haut d'une tour de fibrage d'une quinzaine de mètres de hauteur. L'extrémité de la préforme est alors dans un four porté à une température voisine de 2000 °C. Elle est alors transformée en une fibre de plusieurs centaines de kilomètres, à une vitesse de l'ordre du kilomètre par minute. La fibre est ensuite revêtue d'une double couche de résine protectrice (cette couche peut être déposée par la tour de fibrage, juste après l'étirement) avant d'être enroulée sur une bobine. Cette couche est particulièrement importante pour éviter toute humidité, car la fibre devient cassante sous l'effet de l'eau : l'hydrogène interagit avec la silice, et toute faiblesse ou micro-entaille est amplifiée.

Caractéristiques

Les principaux paramètres qui caractérisent les fibres optiques utilisées pour les transmissions sont les suivants :
Atténuation
Année Pertes (dB/km) Longueur d'onde (nm) Entreprise
1970 20
Corning Glass Work
1974 2 - 3 1060 ATT, Bell Labs
1976 0,47 1200 NTT,Fujikura
1979 0,20 1550 NTT
1986 0,154 1550 Sumitomo
2002 0,1484 1570 Sumitomo
L'atténuation caractérise l'affaiblissement du signal au cours de la propagation.
Soient P0 et PL les puissances à l'entrée et à la sortie d'une fibre de longueur L. L'atténuation linéaire se traduit alors par une décroissance exponentielle de la puissance en fonction de la longueur de fibre (Loi de Beer-Lambert): PL = P0e - aL où a est le coefficient d'atténuation linéaire. On utilise souvent le coefficient adB exprimé en dB/km et relié à a par adB = 4,343a.
Le principal atout des fibres optiques est une atténuation extrêmement faible. L'atténuation va varier suivant la longueur d'onde. La diffusion Rayleigh limite ainsi les performances dans le domaine des courtes longueurs l'onde (domaine du visible et du proche ultraviolet). Un pic d'absorption, dû à la présence de radicaux -OH dans la silice, pourra également être observé autour de 1385 nm. Les progrès les plus récents dans les techniques de fabrication permettent de réduire ce pic.
Les fibres en silice connaissent un minimum d'atténuation vers 1550 nm. Cette longueur d'onde du proche infrarouge sera donc privilégiée pour les communications optiques. De nos jours, la maîtrise des procédés de fabrication permet d'atteindre couramment une atténuation aussi faible que 0,2dB/km à 1550 nm : après 100 km de propagation, il restera donc encore 1% de la puissance initialement injectée dans la fibre, ce qui peut être suffisant pour une détection. Si l'on désire transmettre l'information sur des milliers de kilomètres, il faudra avoir recours à une réamplification périodique du signal, le plus généralement par l'intermédiaire d'amplificateurs optiques qui allient simplicité et fiabilité.
Le signal subira des pertes supplémentaires à chaque connexion entre fibres, que ce soit par des traverses ou bien par soudure, cette dernière technique réduisant très fortement ces pertes.

Dispersion chromatique

La dispersion chromatique est exprimée en ps/(nm·km) et caractérise l'étalement du signal lié à sa largeur spectrale (deux longueurs d'ondes différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse). Cette dispersion dépend de la longueur d'onde considérée et résulte de la somme de deux effets : la dispersion propre au matériau, et la dispersion du guide, liée à la forme du profil d'indice. Il est donc possible de la minimiser en adaptant le profil. Pour une fibre en silice, le minimum de dispersion se situe vers 1300-1310 nm.

Optique non-linéaire.

Un canal de transmission est dit non linéaire lorsque sa fonction de transfert dépend du signal d'entrée. L'effet Kerr, la diffusion Raman et l'effet Brillouin sont les principales sources de non linéarité dans les fibres optiques. Parmi les conséquences de ces effets non-linéaires, on peut citer l'automodulation de phase, des mélanges à quatre ondes intra- et inter-canaux.

Dispersion modale de polarisation (PMD)

La dispersion modale de polarisation (PMD) est exprimée en ps/km½ et caractérise l'étalement du signal. Ce phénomène est dû à des défauts dans la géométrie des fibres optiques qui entraînent une différence de vitesse de groupe entre les modes se propageant sur différents axes de polarisation de la fibre.

Fibres monomodes et multimodes


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Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon le diamètre de leur coeur et la longueur d'onde utilisée : les fibres monomodes et multimodes.

Les fibres multimodes

Les fibres multimodes (dites MMF, pour Multi Mode Fiber), ont été les premières sur le marché. Elles ont pour caractéristiques de transporter plusieurs modes (trajets lumineux). Du fait de la dispersion modale, on constate un étalement temporel du signal proportionnel à la longueur de la fibre. En conséquence, elles sont utilisées uniquement pour des bas débits ou de courtes distances. La dispersion modale peut cependant être minimisée (à une longueur d'onde donnée) en réalisant un gradient d'indice dans le coeur de la fibre. Elles sont caractérisées par un diamètre de coeur de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de micromètres (les coeurs en multimodes sont de 50 ou 62,5 µm pour le bas débit). Cependant les fibres les plus récentes, de type OM3, permettent d'atteindre le Gbit/s sur des distances de l'ordre du km. Les longues distances ne peuvent être couvertes que par des fibres optiques monomodes.
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Débits et distances en fibre optique

Les fibres monomodes

Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des fibres monomodes (dites SMF, pour Single Mode Fiber), qui sont technologiquement plus avancées car plus fines. Leur coeur très fin n'admet ainsi qu'un mode de propagation, le plus direct possible c'est-à-dire dans l'axe de la fibre. Les pertes sont donc minimes (moins de réflexion sur l'interface coeur/gaine) que cela soit pour de très haut débits et de très longues distances. Les fibres monomodes sont de ce fait adaptées pour les lignes intercontinentales (câbles sous-marin). Une fibre monomode n'a pas de dispersion intermodale.
En revanche, il existe un autre type de dispersion la dispersion intramodale. Son origine est la largeur finie du train d'onde d'émission qui implique que l'onde n'est pas strictement monochromatique : toutes les longueurs d'onde ne se propagent pas à la même vitesse dans le guide ce qui induit un élargissement de l'impulsion dans la fibre optique.On l'appelle aussi dispersion chromatique (cf. plus haut Dispersion chromatique). Ces fibres monomodes sont caractérisées par un diamètre de coeur de seulement quelques micromètres (le coeur monomode est de 9 µm pour le haut débit).

Longueur d'onde de coupure et fréquence normalisée

La longueur d'onde de coupure est la longueur d'onde c en dessous de laquelle la fibre n'est plus monomode. Ce paramètre est relié à la fréquence normalisée, notée V, qui dépend de la longueur d'onde dans le vide 0, du rayon de coeur a de la fibre et des indices du coeur nc et de la gaine ng.
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Une fibre est monomode pour une fréquence normalisée V inférieure à 2.405. Des abaques fournissent la constante de propagation normalisée, notée B, en fonction de la fréquence normalisée pour les premiers modes.
La fréquence normalisée donne une indication directe sur le nombre de modes M qu'une fibre multimode peut contenir via l'approximation ci-contre : M = V2 / 2.

Fibres spéciales

Il est possible de rajouter certaines caractéristiques aux fibres :
  • les fibres dopées contiennent des ions de terres rares
  • les fibres à maintien de polarisation
  • les fibres photosensibles.

Utilisation pour les télécommunications

La fibre optique grâce aux performances avantageuses qu'elle permet, est utilisée de plus en plus à l'intérieur des réseaux de télécommunications. Avec le boum d'Internet et des échanges numériques son utilisation se généralise petit à petit jusqu'à venir chez le particulier.
Du fait de leur besoin, les opérateurs et les entreprises ont été les premiers acquéreurs de fibres optiques. Elle est particulièrement appréciée chez les militaires pour son insensibilité aux IEM (Interférences électromagnétiques) mais aussi pour sa légèreté.
Il faut cependant distinguer les fibres multimodes et monomodes. Les fibres multimodes sont réservées aux réseaux informatiques à courtes distances (datacenter, entreprises et autres) alors que les fibres monomodes sont installées pour des réseaux à très longues distances. Elles sont notamment utilisées dans les câbles sous-marins qui relient une partie des continents. En arrivant dans les habitations via le réseau FTTH, la fibre optique apporte une révolution dans les télécommunications directement aux particuliers.
À la base une fibre optique est un guide-onde. C'est donc l'onde qui se propage dans la fibre optique qui est modulée pour contenir une information. Le signal lumineux est codé en variation d'intensité. Pour les courtes distances, et une optique à bas-coût, une simple DEL peut jouer le rôle de source émettrice tandis que sur des réseaux hauts débits et à longue distance, c'est un laser qui est de préférence utilisé.

Utilisation dans les réseaux informatiques

Historiquement, les réseaux informatiques locaux ou LAN, qui permettaient de relier des postes informatiques qui jusque là ne pouvaient pas communiquer entre eux, furent construits avec des câbles réseaux à base de fils de cuivre. Le gros inconvénient de ces câbles est qu'ils sont très sensibles aux perturbations électromagnétiques en tout genre (ascenseurs, courants forts, émetteurs, ...). Dans des milieux à forte concentration d'ondes, il devenait donc difficile d'utiliser ce type de câbles même en les protégeant par un blindage. Mais surtout, inconvénient majeur : le signal électrique qu'ils transportent s'atténue très rapidement. Si l'on veut relier deux équipements distants ne serait-ce que de quelques centaines de mètres (pour relier deux bâtiments entre eux par exemple), cela devient compliqué car le signal n'est presque plus perceptible une fois arrivé à l'autre bout du câble.
Sauf cas particuliers liées notamment à des contraintes électromagnétiques spécifiques, les réseaux locaux (quelques dizaines de mètres) sont généralement réalisés sur du cuivre. Lorsque la distance entre deux machines augmente, il devient intéressant d'utiliser une fibre optique. Une fibre optique peut notamment relier deux bâtiments, ou constituer un maillon d'un réseau informatique local, régional, continental, ou intercontinental.
La fibre optique fut très vite introduite dans les réseaux informatiques pour pallier les points faibles des câbles de cuivre. En effet, la lumière qui y circule n'est pas sensible aux perturbations électromagnétiques et elle s'atténue beaucoup moins vite que le signal électrique transporté sur du cuivre. On peut ainsi facilement relier des équipements distants de plusieurs centaines de mètres, voire plusieurs kilomètres. Elle reste efficace dans des environnements perturbés et ce, à des débits au moins dix fois supérieurs aux simples câbles réseaux. Seul inconvénient : son prix parfois dissuasif en fonction du type de fibre choisi.

Types de fibres optiques


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Fibre multimode utilisée dans une liaison
Dans les réseaux informatiques,comme avec la paire de cuivre les fibres vont souvent par deux : l'interface d'une machine utilise une fibre pour envoyer des données et l'autre fibre pour en recevoir. Toutefois il est possible de réaliser une liaison bidirectionnelle sur une seule fibre optique.
Plusieurs types de fibres optiques sont aujourd'hui utilisés dans les réseaux informatiques :
  • monomode ou multimode,
  • avec des tailles de coeur et de gaine variables. La plus commune : la 50/125, fibre multimode, a un coeur de 50 microns de diamètre pour une gaine de 125 microns
  • avec des types de connecteurs différents : ST (section ronde à visser), SC (section carrée clipsable), LC (petite section carrée clipsable), ou MTRJ (petite section carrée clipsable).

Amplification optique


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Les fibres dopées sont utilisées pour amplifier un signal. On les trouve également dans les laser à fibres. Les fibres à double-gaine sont de plus en plus utilisées pour le pompage optique de haute puissance.

Capteurs

Suite à des travaux de recherche dans les années 80, les fibres optiques peuvent être utilisées dans le domaine des capteurs :
  • le gyromètre à fibre optique est un instrument utilisé par les navires, les sous-marins, les avions ou les satellites pour donner la vitesse angulaire. Il contient des fibres à maintien de polarisation
  • un réseau de Bragg inscrit dans une fibre optique peut donner des informations de contrainte ou de température.

Domaine de l'éclairage

Dès les années 1970, la fibre optique fut utilisée dans des luminaires décoratifs à variation de couleur. À partir des années 1990, la fibre optique est utilisée pour véhiculer la lumière sur un trajet de quelques dizaines de centimètres depuis une source vers l'objet à mettre en valeur, permettant d'obtenir des éclairages ponctuels et discrets, pouvant être élégamment intégrés à une vitrine de présentation, et offrant l'avantage de rayonner très peu d'infrarouge, limitant ainsi le risque d'élévation de température à l'intérieur de la vitrine, néfaste aux oeuvres d'art.
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Schéma montrant comment les architectures FTTx
varient en fonction de la distance entre
la fibre optique et l'installation du client.
À gauche le bâtiment de l'opérateur ou NRO.
À droite un immeuble d'habitation

FTTX

Le FTTx consiste à amener la fibre optique au plus près de l'utilisateur, afin d'augmenter la qualité de service (en particulier le débit) dont celui-ci pourra bénéficier. On parle également parfois de FITL, pour Fiber In The Loop (fibre dans la boucle, sous-entendu locale).
Souvent, quand on parle de raccordement des utilisateurs à la fibre optique, il s'agit dans les faits d'un rapprochement du réseau de fibres optiques au client via une paire de cuivre (opérateurs télécom) ou d'un câble coaxial (câblo-opérateur).
Le débit fourni via une fibre optique est indépendant de la distance, alors que le débit fourni via les derniers mètres (ou hectomètres) de cuivre dépend de la longueur de la paire de cuivre (affaiblissement du signal).
  • FTTN : Fibre jusqu'au quartier
  • FTTC : Fibre jusqu'au trottoir
  • FTTN : Fibre jusqu'au répartiteur
  • FTTB : Fibre jusqu'au bâtiment
  • FTTCab : Fibre jusqu'au sous-répartiteur
  • FTTP : Fibre jusqu'aux locaux - entreprises
  • FTTH : Fibre jusqu'au domicile
  • FTTO : Fibre jusqu'au bureau - entreprises
  • FTTLA : Fibre jusqu'au dernier amplificateur

FTTN

Technologie de déploiement des réseaux haut-débit consistant à équiper les armoires des sous-répartiteurs (SR) d'équipements actifs haut-débit (DSLAM).
Cette technologie est utilisée par la plupart des opérateurs mondiaux, lorsqu'il s'agit d'améliorer la desserte haut-débit de réseaux existants. Elle présente les avantages et inconvénients suivants :
  • Avantages :
  • Réutilise la paire de cuivre du dernier kilomètre diminuant de façon considérable la quantité de génie civil nécessaire.
  • Elle permet d'augmenter considérablement le débit ADSL fourni, en réduisant la longueur du fil de cuivre reliant le client à la fibre, tout en restant dans les limites de l'ADSL2+
  • Elle permet un déploiement des réseaux beaucoup plus rapide
  • L'investissement total pour l'opérateur est compris entre 1/4 et 1/10 du FTTH (à cause du génie civil), s'il réutilise le cuivre existant. En effet, le génie civil représenterait 50% de l'investissement FTTH par abonné. L'économie est inversement proportionnelle à la densité de population.
  • Inconvénients :
  • Les coûts de fonctionnement sont supérieurs, en raison principalement de la nécessité du raccordement électrique des SR (les dernières technologies en 2008 permettent d'alimenter les SR via le réseau télécom, rendant le FTTN beaucoup plus compétitif
  • Le débit est plus limité (entre 10 et 20 Mbits pour l'ADSL2+ en fonction de la distance de cuivre) que le FTTH. La prolongation en FTTH peut-être faite dans un deuxième temps en fonction des besoins.
  • En France, l'ouverture à la concurrence des SR est un préalable au déploiement de cette technologie. L'amendement Leroy de la loi de modernisation de l'économie libéralise complètement le marché de la sous-boucle locale.
En France, 50% des lignes téléphoniques sont limitées à un débit inférieur à 5Mbits. Cette technologie FTTC commence donc à être regardée sérieusement, compte tenu des coûts, et surtout des délais de déploiement du FTTH annoncés par les 3 opérateurs dominants.
Autant on dispose de bonnes informations sur les longueurs des fils de cuivre raccordant les foyers français, autant on n'a pas d'information fiable sur la répartition des longueurs de cuivres aux SR, qui permettrait d'estimer les débits accessibles sur la France, via des déploiements FTTC.
Un autre facteur limitant le déploiement de cette technologie est le coût de l'abonnement qui est, en France, indépendant du débit réel fourni au client (entre 0,5 Mbits et 20 Mbits). Les opérateurs sont donc peu incités à améliorer le débit des clients via le FTTC, alors qu'ils espèrent augmenter le prix de l'abonnement via le FTTH.

Connecteurs

 

SMA
SMA férule métal
Fibres de 100 à 1500µm
Montage modulable
Fibre nue, câblée, protégée métal
schema-electrique SMA One Shot
Sondes médicales
Usage unique
Montage simplifié
schema-electrique

SMA PowerShot
Embout cuivre
Montage puissance
Sondes médicales
Usage unique
Montage simplifié
schema-electrique SMA Puissance
Connecteurs modifiés de standard
SMA
Pour fibres de diamêtre de 100µm
à 1500µm
Montages spécifiques pour
optimisation injection de puissance
schema-electrique
SMA Nova
Férule cuivre
Pour fibre Silice/Silice de 200
à 1000µm de coeur
Montages spécifiques pour
optimisation injection de
puissance
schema-electrique SMA SuperNova
Férule cuivre
Radiateur pour haute dissipation
thermique
Pour fibre Silice/Silice de 200
à 1000µm de coeur
Montages spécifiques pour
optimisation injection de forte
puissance
schema-electrique


4Power
Connecteur standard Mitsubishi
Férule diamètre 4mm
Pour fibres de diamètre de 200µm
à 1000µm
Montages spécifiques pour
optimisation injection forte
puissance
schema-electrique Nanoptic
Connexion fibre à fibre
Faible encombrement
Fibres monomodes
Fibres multimodes Gradient d'Indice
Connexion immergée
Applications Hte T°
schema-electrique
Férules
Férules céramiques
Férules polymère
Embouts métalliques dérivés du
standard SMA
Aiguilles
schema-electrique Microptic
Connexions fibre à fibre
Fibres multimodes Gradient d'Indice
Fibres à gros coeur de 100µm à
940µm
schema-electrique
Connecteurs fibres HCS
Pour fibre HCS200,HCS400
SMA, ST,V-PIN
Montage par fracture / sertissage
schema-electrique Roboptic environnement sévère
Applications robotique
Environnements sévères et
poussiéreux
schema-electrique
ST
Centrage et positionnement de la
fibre par férule céramique ou métal
Verrouillage de la connexion par
baïonnette
Férule indexée angulairement
Grande facilité de montage sur site
schema-electrique SC
Connecteurs monomodes ou
multimodes
Férule céramique ou polymère
Conforme à la norme TIA/EIA 604
Existe en version Duplex
schema-electrique
LC
Connecteur miniature
Férule de diamètre 1,25 mm
Multimode ou monomode
Simplex ou duplex
schema-electrique FC
Connecteurs de haute précision
Férule céramique ou métal
Corps,écrou métal
Verrouillage par filetage
Pour fibre monomode ou multimode
schema-electrique
Maintien de Polarisation
Connecteurs monomodes FC ou SC
Version Tunable
schema-electrique FC High Reliability
FC hautes performances
Qualification NASA
schema-electrique

Coupleurs

Coupleurs Généralités
Abrasion / collage
Fusion / étirage
Optique intégrée
schema-electrique Coupleurs monomodes
Fusion / étirage
Monomodes standard ou à
maintien de polarisation
Longueur d?onde 633, 820, 1310,
ou 1550nm
schema-electrique
Coupleurs multimodes
Coupleurs multimodes,
achromatiques
1x2, 1x4, 1x8, 1x16
Équilibrés ou déséquilibrés
schema-electrique Coupleurs courtes longueurs d'ondes
De 633nm à 1060nm
Coupleurs fusion étirage
Coupleurs à lentilles selfoc
schema-electrique
Coupleurs monomode spéciaux
Coupleurs à maintien de
polarisation
Coupleurs de prélèvement TAP
schema-electrique