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Comment Réduire les Différents Types de Pertes dans la Fibre Optique ?

Worton

Traducteur David
3 juin 2019

Comment Réduire les Différents Types de Pertes dans la Fibre Optique ?

Le câble à fibre optique, plus léger, plus petit et plus flexible que le cuivre, peut transmettre des signaux à une vitesse plus rapide sur de plus longues distances. Cependant, de nombreux facteurs peuvent influencer la performance de la transmission par fibre optique. Les pertes dans la fibre optique sont des problèmes négligeables parmi eux, et c'est une priorité absolue pour chaque ingénieur de travailler avec et de développer des solutions.

Différents Types de Pertes dans la Fibre Optique

Les différentes pertes dans la fibre optique sont dues à des facteurs internes et externes. L'atténuation des fibres, également appelée perte de signal ou perte de fibre, est la conséquence des propriétés intrinsèques d'une fibre optique (fibre multimode et monomode). A part les pertes intrinsèques des fibres optiques, il existe d'autres types de pertes dans la fibre optique qui contribuent à la perte de liaison, telles que l'épissure, les connexions par brassage, le pliage, etc.

Figure 1 : Différents types de pertes dans la fibre optique.

Pertes de fibres optiques intrinsèques

Les pertes d'absorption dans la fibre optique sont la cause principale des pertes de fibre optique pendant la transmission. Lorsque le rayon est en interaction avec les composants du verre, un électron ou des ions métalliques, la puissance lumineuse est absorbée et transférée dans d'autres formes d'énergie comme la chaleur, en raison de la résonance moléculaire et des impuretés des longueurs d'onde.

Les pertes de dispersion sont le résultat de la distorsion du signal optique lors du déplacement le long de la fibre. Les pertes de dispersion dans la fibre optique peuvent être intermodales ou modales. La dispersion modale est l'élargissement de l'impulsion dû aux différences de retard de propagation entre les modes dans la fibre multimode. La dispersion modale est l'étalement de l'impulsion dans la fibre monomode, car l'indice de réfraction ou la constante de propagation varie avec la longueur d'onde.

Les pertes de diffusion dans la fibre optique sont dues à des variations microscopiques de la densité du matériau, des fluctuations de composition, des irrégularités structurelles et des défauts de fabrication.

Figure 2 : Diffusion de la lumière due à des fluctuations de la composition.

Les trois facteurs ci-dessus sont les pertes d'atténuation intrinsèques de la fibre optique. Selon les normes EIA/TIA-568, les pertes de fibres pour les différents types de fibres sont les suivantes :

Type de fibre Longueur d'onde Perte de fibres
Multimode 50/125 µm (OM2/OM3/OM4) 850 nm 3.5 dB/km
Multimode 62.5/125 µm (OM1) 850 nm 3.5 dB/km
Monomode 9 µm 1310 nm 0.4 dB/km
Monomode 9 µm 1550 nm 0.3 dB/km

Pertes de fibres optiques extrinsèques

L'épissage des fibres optiques est un autre type de perte dans la fibre optique. En joignant deux fibres optiques bout à bout, l'épissure vise à assurer que la lumière qui la traverse est presque aussi forte que la fibre vierge elle-même. Mais peu importe la qualité de l'épissure, la perte d'épissure est inévitable. Les pertes d'épissage par fusion de la fibre multimode sont de 0,1-0,5 dB, 0,3 dB étant une bonne valeur moyenne. Pour la fibre monomode, la perte d'épissure par fusion peut généralement être inférieure à 0,05 dB.

Les pertes de connecteur ou pertes d'insertion dans la fibre optique, sont les pertes de puissance lumineuse résultant de l'insertion d'un dispositif dans une ligne de transmission ou une fibre optique. Les connecteurs multimodes auront des pertes de 0,2-0,5 dB (0,3 typique). Les connecteurs monomodes fabriqués en usine auront des pertes de 0,1 à 0,2 dB et les connecteurs monomodes terminés sur site peuvent avoir des pertes aussi élevées que 0,5 à 1,0 dB (0,75 dB, TIA-568 max acceptable).

La courbure est le problème commun qui peut causer des pertes de fibre optique générées par une mauvaise manipulation de la fibre optique. Il existe deux types de base. L'un est la micro-courbure et l'autre est la macro-courbure (montré dans l'image ci-dessous). La macro flexion se réfère à une grande flexion de la fibre (avec un rayon supérieur à 2 mm).

Figure 3 : Pertes de flexion dans la fibre optique.

Mesure des pertes de fibres optiques

Lors de la mesure des pertes totales dans la fibre optique, également utilisée pour calculer le "bilan de liaison", il convient de prendre en compte tous les types de pertes mentionnés ci-dessus. De plus, la marge du budget de consommation d'énergie légère (due au vieillissement de la fibre, à la flexion et à la torsion accidentelles, etc.) est également importante. La plupart des concepteurs de systèmes ajouteront une marge de bilan de perte de 3-10 dB . Bien sûr, cette règle n'est pas pertinente si le bilan d'énergie est d'environ 2 dB comme dans le cas de certaines liaisons multimodes 10G. Ainsi, le calcul des pertes dans la fibre optique devrait être :

Bilan de liaison =[longueur de fibre (km) * atténuation de fibre par km] +[perte d'épissure * nombre d'épissures]+[perte de connecteur * nombre de connecteurs] +[marge de sécurité].

Voici un exemple d'une liaison multimode typique de 850 nm sur 2 km avec 5 connexions (2 connecteurs à chaque extrémité et 3 connexions aux panneaux de brassage de la liaison) et une épissure au milieu. La marge du budget des pertes est de 5 dB. Donc la perte totale de fibre optique de cette liaison est :

[2 km*3.5 dB/km] + [1*0.3 dB] + [5*0.3 dB] + 5 dB = 12.3 dB.

Comment réduire les pertes dans la fibre optique

Afin de s'assurer que la consommation de courant de sortie peut être dans les limites de la sensibilité du récepteur et laisser une marge suffisante pour la dégradation des performances avec le temps, il est essentiel de réduire les pertes en fibre optique. Voici quelques approches courantes en matière de conception et d'installation de liaisons par fibre optique.

 Il est important d'adapter autant que possible des câbles de haute qualité ayant les mêmes propriétés.  Choisissez autant que possible des connecteurs qualifiés. Assurez-vous que la perte d'insertion soit inférieure à 0,3 dB et que la perte supplémentaire soit inférieure à 0,2 dB.  Essayez d'utiliser le disque entier pour configurer (disque simple de plus de 500 mètres) afin de minimiser le nombre de jonctions/joints.  Lors de l'épissure, respecter rigoureusement les exigences du traitement et de l'environnement.  Les joints de raccordement doivent être munis d'un excellent patch et d'un accouplement fermé afin d'éviter les fuites de lumière.  S'assurer de la propreté des connecteurs.  Choisir le meilleur itinéraire et les meilleures méthodes pour poser les câbles en fibre optique lors de la conception de la structure.  Sélectionner et former une équipe de montage qualifiée pour garantir la qualité de la construction.  Renforcer les mesures de protection, en particulier la protection contre la foudre, la protection électrique, l'anticorrosion et les dommages mécaniques.  Utiliser un tube thermorétractable de haute qualité.

Norme IEC pour différentes pertes d'insertion des câbles de connexion de fibre optique

Les normes IEC introduisent les exigences de performance des connecteurs pour chaque catégorie de câble de connexion de fibre optique. Ces normes guident les utilisateurs finaux et les fabricants dans l'utilisation optimale des câbles optiques dans le contexte de la réglementation. Selon la norme IEC 61753-1 Atténuation des connecteurs à couplage aléatoire, la perte d'insertion des connecteurs accouplés peut être classée en 4 catégories différentes. Le tableau suivant montre les caractéristiques de performance de chaque type de connecteur :

Catégorie Perte d'insertion maximale Perte d'insertion moyenne
Accouplement aléatoire IEC de catégorie A ≤0.15 dB ≤0.07 dB
Accouplement aléatoire IEC de catégorie B ≤0.25 ≤0.12 dB
Accouplement aléatoire IEC de catégorie C ≤0.50 dB ≤0.25 dB
Accouplement aléatoire IEC de catégorie D ≤1.0 dB ≤0.50 dB

Câble fibre optique BIF de FS à très faible perte

Lorsqu'il s'agit de jarretières optiques de haute qualité qui aident à réduire les pertes dans la fibre optique, FS propose des câbles insensibles à la courbure (BIF) avec une perte de pénétration très faible (IL) et un rayon de courbure, assurant une haute performance pour la transmission de données. Nos câbles de raccordement à fibre monomode insensible aux courbures (BISMF) sont fabriqués en fibre standard G.657.A1 de Corning et connecteurs avec un IL typique de 0,12dB, ayant un rayon de courbure minimum de 10,0 mm. La perte d'insertion de ces connecteurs de câble patch BISMF est classée de catégorie B dans l’accouplement aléatoire, qui est plutôt haute performance spécifiée par la norme CEI 61753-1. Et les câbles de raccordement en fibre multimode insensible au courbures (BIMMF) ont un IL typique de 0,15dB, avec un rayon de courbure minimum de 7,5 mm. Nos câbles BIMMF peuvent être épissés ou connectés à des câbles fibre multimode conventionnels sans aucun problème.

Figure 4 : Câble de raccordement BIF à très faibles pertes FS.


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