I- Introduction

Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété d'être un conducteur de lumière et sert dans la transmission de données par la lumière. Elle offre un débit d'information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux, cuivreux 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 a été développé au cours des années 1970 dans les laboratoires de l'entreprise Corning Glass Works (actuelle Corning Incorporated).

La fibre optique peut être utilisée pour conduire de la lumière entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers, 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 des centaines de Gb/s, les fibres optiques ont constitué l'un des éléments clés de la révolution des télécommunications. Ses propriétés sont également exploitées dans le domaine des capteurs (température, pression, etc.), dans l'imagerie (médicale, météo…..) et dans l'éclairage.

Avantages de la Fibre Optique

Les télécommunications modernes font largement appel aux fibres optiques car celles-ci présentent de très grands avantages par rapport aux câbles en cuivre.

Fibre Optique

Sensibilité nulle aux interférences Electromagnétique.
Faible Atténuation du signal.
Distance de transmission > 100 km.
Grande durabilité 40 ans.
Transmission Haut Débit 100 GB/S

Comparaison

Cuivre

Grande Sensibilité aux interférences Electromagnétique.
Forte Atténuation du signal.
Distance de transmission limité < 2 km.
Dégradation rapide (l’eau et humidité)
Débit de Transmission < 155 MB/S

Quelques notions d’optique

1- Indice de réfraction:

L’indice de réfraction d’un milieu (généralement noté n) est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. ( n est le reflet de la résistance du milieu à la pénétration de la lumière)

NB:Plus la valeur de l’indice est élevée et plus la vitesse de l’onde est faible.

2- Fréquence (f en Hz):

C'est le nombre de vibrations par unité de temps dans un phénomène périodique.

3-Longueur d'onde (λ en m):

C'est la distance entre deux points consécutifs de même phase d’un mouvement ondulatoire qui se propage en ligne droite.

La longueur d’onde est généralement exprimée en nm (nanomètre) .

Relation entre la fréquence et la longueur d’onde:

λ=v/f

λ :est la longueur d’onde en mètres

v :est la vitesse de l’onde dans le milieu considéré

f :est la fréquence de l’onde en Hz ou s-1

Dans un milieu donné, toute onde lumineuse se caractérise indifféremment par sa fréquence ou sa longueur d’onde.

Structure de la fibre optique

Elle est composée de deux parties concentriques distinctes:

une partie optique qui canalise et propage la lumière
une couche de protection mécanique appelée revêtement primaire sans fonction de propagation

La partie optique, qui propage la lumière, est constituée de deux couches concentriques indissociables:

Le coeur optique (Core) composé de silice dans lequel se propagent les ondes optiques.

La gaine optique composée en général du même matériau que le cœur mais dopée différemment. Elle confine les ondes optiques dans le cœur.

Type de fibre optique

La fibre multimode:

Dénommée MMF(MultiMode Fiber),Elle est principalement utilisée dans les réseaux locaux (LAN) dont la distance n’excède pas deux km.La transmission des données se fait, en général, au moyen d’une LED d’une longueur d’onde de 850 nm ou 1300nm

La fibre monomode:

Dénommée SMF (Single Mode Fiber) ,Elle est principalement utilisée par les opérateurs pour couvrir de grandes distances (WAN). La transmission des données se fait au moyen d’un laser d’une longueur d’onde de 1310 nm, 1550 nm ou 1625 nm.

Le Tableau ci-dessous illustre le diamètre du cœur et bande passante des deux types de fibre:

Spectre utilisé dans le cadre de la transmission par fibre optique

Propagation de la lumière dans la fibre

L’injection d’une impulsion optique de caractère ondulatoire dans la fibre optique entraine une décomposition de celle-ci en sous entités énergétiques appelés ‘’Mode’’ qui se propagent différemment.

En Multi-Mode: l’énergie se répartie sur plusieurs rayons (mode) guidés
En Monomode: l’énergie se répartie en un seul mode qui se propage le long de l’axe du cœur.

- Pour qu’un rayon soit effectivement guidé dans la fibre optique, il faut que sa direction de l’entré se situe dans le cône d’acceptance, dans ce cas le rayon va subir une réflexion total dans le cœur.

-Un rayon hors du cône d’acceptance engendrera un rayon réfracté dans la gaine optique.

-L’angle d’acceptance définit ’’ L’ouverture Numérique (ON)’’ de la fibre optique.

Cône

Atténuation Dans une Fibre Optique

-L’atténuation de la lumière (signal) dans une fibre optique est de forme exponentielle entre la puissance injecté et la distance parcourue par l’onde, c.àd l’atténuation détermine la distance parcourue entre l’émetteur et le récepteur.

- Si on injecte une puissance Pe dans une fibre optique, sa décroissance suit une lois exponentielle de forme:

Pertes dans une fibre optique

Les pertes dans une fibre optique peuvent être causées par:

1- Pertes par effet de courbure (macro-courbure)

Pour une fibre, une partie de l’énergie lumineuse du mode peut échapper au guidage, et se perdre dans la gaine (sortie des signal lumineux du cœur).

2- Pertes par micro-courbures

Les pertes par micro-courbure apparaissent lors de la fabrication des câbles, lorsque des contraintes mécaniques provoquent des microdéformations de la fibre, entraînant des pertes de lumière.

3- La dispersion chromatique

La dispersion de la lumière en plusieurs modes (rayons) dans la fibre avec des vitesses différentes engendre du retard et de la perte du signal (le cas de la fibre multi-mode)

4- Pertes dues aux raccordements

Pertes dues au décalage axial (cœur-cœur)
Pertes de couplage (connecteurs et coupleurs)
Pertes dues à la différence du diamètre du cœur (MM avec SM)
Déviation angulaire.

Diamètre de courbure de la fibre optique

Le diamètre de courbure d'une fibre optique ne doit jamais être inférieur à 35 mm, sinon des pertes importante seront produites.

Sources Optique

LED (Light Emiting Diodes :

- Utilisées pour le Multimode : 850nm et 1300 nm

- La largeur du faisceau remplit la fibre multimode

- Peu couteux

Lasers : (amplification de la lumière parémission stimulée de rayonnement):

-Utilisés pour le monomode : 1310nm et 1550 nm

- Largeur étroite du faisceau

- Forte puissance et rapidité

- Plus couteuse

Type de connecteur:

connecteur à ferrule

Straight Tip (traction droite)

Little Connector

Connector Suscribor (Connecteur d'abonné)

Structure d'un connecteur optique:

Structure d'un Adaptateur (coupleur) optique:

- Les adaptateurs optiques sont requis afin d’interconnecter des fibres déjà équipées de connecteurs.

- Dans la plupart des cas, les connecteurs sont du même type mais à l’occasion, les adaptateurs seront utilisés afin d’effectuer une connexion entre des connecteurs de types différents.

Différentes Normes de la fibre optique

Selon l’organisme internationale des télécommunication UIT, on distingue plusieurs normes de fibre selon domaine d’application:

Normes en Monomode:

G652: - La plus utilisée dans le monde pour les grandes distances

- Dispersion nulle à 1300 nm

- Affaiblissement moins important à 1500 nm

G653:

- Dispersion nulle à 1550 nm

- Faible atténuation à 1550 nm

G655:

- Dispersion faible pour l’ensemble des longueurs d’ondes

- Affaiblissement moins important sur l’ensemble des longueurs d’ondes

- Adaptée pour les hauts-débits de 40 Gb/s

G657:

- utilisée beaucoup plus pour les installations dans les environnements encombrantes (Fibre à faible rayon de courbure comme le FTTH: Fiber to the home)

Normes en Multimode ("OM" Multimode Optique) :

OM1: Caractéristique d’une fibre optique multimode avec une bande passante minimum de 200MHz.km à 850nm. Peut transmettre 100Mbits sur 2km et 1 Gbits sur 275m à 850nm.

OM2: Caractéristique d’une fibre optique multimode avec une bande passante minimum de 500MHz.km à 850nm. Peut transmettre 100Mbits sur 5km, 1 Gbits sur 550m et 10Gbits sur 82m à 850m

OM3: Caractéristique d’une fibre optique multimode avec une bande de passante minimum de 1500MHz.km. Peut transmettre 10 Gbits sur 330m à 850nm.

OM4 Caractéristique d’une fibre optique multimode qui peut transmettre 10 Gbits sur 550m à 850nm

Calcule du Bilan Optique d'une liaison:(voir video)

Une liaison à fibre optique entre deux sites A et B est constituée des éléments suivants:

Emetteurs Optique (dans les deux sites)
Récepteurs Optique(dans les deux sites)
Une ligne fibre optique (câble)
Connecteurs
Les épissures ( soudage dans des boites de jonctions et Patch Pannel).

-La valeur mesurée d’atténuation d’un lien optique ne doit pas dépasser la somme de l’atténuation admissible de chaque composant du lien.

Perte du lien (db)= perte du câble + perte des connecteurs+ perte des épissures.

perte du câble(db)= Longueur du câble (km)* coefficient perte (db/km)

perte des connecteurs(db) = Nombre des connecteur * perte du type de connecteur

perte des épissures (db)= Nombre des épissures * perte d’épissure

NB: Les valeurs de perte (Atténuation) pour les fibres et épissures (soudure) se diffèrent selon le type de fibre et de norme de fibre (voir tableau ci-dessous)

Seuil d’atténuation (perte) pour les fibres (db/km):(coefficient perte )

- Le calcule du bilan Optique d'une liaison se fait généralement à deux (02) longueurs d'ondes ( pour la monomode 1310nm, 1550nm)

- Pour Chaque liaison fibre optique, nous devons réaliser un Bilan (perte total de la liaison db/km).

- les valeurs des pertes de la liaison seront extrait des traces réflectométries.

- les tests seront réalisés en deux sens, en Amont (A vers B) et en Aval (B vers A).

- afin de valider le brin concerné, La valeur de perte sera comparer au seuil (Tableau précédent),

- Ci-dessous un exemple de tableau de pertes d'un câble à 24 brins (à deux longueurs d'ondes)entre deux sites A et B:

Seuil d’atténuation des épissures (des soudures):

- Généralement le seuil des pertes des épissures est de l’ordre de 0.05db(Tolérable jusqu'à 0.10 db) .

- Pour Chaque liaison fibre optique, nous devons réaliser un tableau de perte des épissures afin de valider ou refaire l'épissure.

- les valeurs des pertes des épissures seront extrait des traces réflectométries.

- les tests seront réalisés en deux sens, en Amont (A vers B) et en Aval (B vers A).

- La moyenne des deux valeurs d'épissurage des deux sens, sera comparer au seuil, afin de valider ou refaire l'épissure.

- Ci-dessous un exemple de tableau de pertes des épissures pour un câble à 24 brins:

Exemple :

Une liaison à fibre optique d’une longueur de 100 km, constituée de tourets de longueurs de 5 km et de deux patchs pannel aux extrémités, cette fibre répond aux norme G652.

Atténuation de l’épissurage=0.05 db ; Atténuation connecteur= 0,5 db

1)Calculer le nombre d’épissures nécessaires.

2)Calculer l’atténuation totale de cette fibre (Bilan Optique) à 1310 nm 1550nm

Solution: suivant les données de l'exemple et le tableau précédent nous allons calculer:

1)N= [(100/5) -1] +2 = 22 épissures

2) a- Att(1310nm)= 100*0.36 + (22*0.05)+ (0,5*2)= 38,1 db

b- Att(1550nm)= 100*0.22 + (22*0.05)+ (0,5*2)= 24.1 db