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Fibre multimode à saut d'indice ou à gradient d'indice ?

Larry

Traducteur David
11 avril 2020

Selon la répartition de l'indice de réfraction de la fibre, la fibre multimode peut être classée en deux catégories : la fibre multimode à saut d’indice et la fibre multimode à gradient d’indice. Comme leurs principes de fonctionnement sont différents, les deux types de fibres multimodes sont utilisés dans des scénarios différents. Cet article vous fournira plus de détails sur les principes de fonctionnement et les applications des deux types de fibres multimodes, ainsi que sur leurs différences.

Principes de fonctionnement et applications de la fibre multimode à saut d’indice

Dans les fibres optiques, la fibre à saut d’indice est une fibre dont l’indice de réfraction est uniforme dans le cœur et fortement réduit dans l'interface cœur-gaine en raison d’un indice de réfraction plus faible dans la gaine. Pour la fibre multimode à saut d’indice, la lumière se propage le long de l'axe de la fibre en zigzag selon le principe de la réflexion totale. La lumière qui pénètre dans la fibre sous différents angles d'incidence empruntera des chemins différents. Bien que les lumières incidentes se propagent à la même vitesse simultanément à l'entrée, le temps nécessaire pour atteindre la sortie de la fibre est différent, ce qui entraîne une dispersion temporelle appelée dispersion modale.

Fibre multimode à saut d’indice.jpg

Comme les communications numériques utilisent des impulsions lumineuses pour transmettre des signaux sur toute la longueur de la fibre, la dispersion modale provoque un élargissement important de l'impulsion et sa propagation lorsqu'elle se déplace avec la fibre. Plus la fibre transmet de modes, plus les impulsions se propagent. Cela limite considérablement la largeur de bande des fibres multimodes à saut d’indice. La dispersion modale est également défavorable à la communication par fibre optique. Pour les systèmes à fibre optique numérique, lorsque la dispersion est importante, elle entraîne un chevauchement des impulsions, ce qui provoque une interférence inter-symbole (ISI) et augmente le taux d'erreur binaire (TEB). Par conséquent, la dispersion des fibres n'affecte pas seulement la capacité de transmission de la fibre, mais limite également la distance de relais des systèmes de communication par fibre optique. En raison de cette limitation, la fibre multimode à saut d’indice est normalement utilisée dans les systèmes de communication sur de courtes distances (quelques kilomètres) et à faible vitesse (8 Mb/s ou moins) à un coût relativement inférieur. Cependant, la situation est différente en ce qui concerne les fibres monomodes à saut d’indice. Dans une fibre monomode à saut d’indice, elle ne peut transmettre que la lumière d'un seul mode. Par conséquent, la dispersion modale est très faible, ce qui réduit l’impact moindre sur la distance de transmission. Normalement, les fibres monomodes sont toutes à saut d’indice.

Principes de fonctionnement et applications de la fibre multimode à gradient d’indice

La fibre multimode à gradient d'indice est un type de fibre optique dont l'indice de réfraction est plus élevé dans l'axe du cœur, puis diminue progressivement vers l'interface cœur-gaine. C'est-à-dire que l'indice de réfraction d'une fibre à gradient d'indice diminue progressivement à partir de son centre, et finit par atteindre la même valeur que la gaine au bord du cœur. Le changement d'indice de réfraction provoque une réfraction plutôt qu'une réflexion totale interne. Lorsque la lumière traverse une couche ayant un indice de réfraction plus faible, elle se replie sur l'axe de la fibre. La réflexion totale interne ne se produit pas car la réfraction ramène la lumière dans l'axe de la fibre avant qu'elle arrive au niveau de la gaine.

Fibre multimode à gradient d'indice.jpg

Dans le cas de la fibre multimode à gradient d'indice, la lumière se propage vers l'avant sous forme d'oscillation sinusoïdale. Comme les fibres multimodes à saut d’indice, les différentes lumières d'une fibre multimode à gradient d'indice suivent des chemins différents. Cependant, la vitesse de propagation de la lumière dans les fibres multimodes à gradient d'indice est différente car la vitesse de la lumière guidée varie en fonction de l'indice de réfraction du cœur de la fibre. Plus la lumière s'éloigne du centre de la fibre, plus sa vitesse est rapide. La différence de vitesse compense les trajets plus longs suivis par les rayons lumineux qui s'éloignent le plus du centre de la fibre. Cette égalisation du temps de transmission des différents modes réduit considérablement la dispersion des modes, ce qui permet d’obtenir une plus grande largeur de bande dans la fibre à gradient d'indice. Par conséquent, la plupart des fibres multimodes actuelles sont des fibres à gradient d'indice. Par rapport à la fibre à saut d’indice, la fibre à gradient d'indice est généralement utilisée dans les systèmes de communication à distance modérée (10~20 km) et à vitesse relativement élevée (34~140 Mb/s), avec un coût supérieur.

Fibre multimode à gradient d'indice-1.jpg

Quelle est la différence entre les fibres multimodes à saut d’indice et à gradient d’indice ?

Ces deux types de fibres se distinguent principalement par les aspects suivants :

Caractéristiques Fibre multimode à saut d’indice Fibre multimode à gradient d'indice
Taille de la bande passante Bande passante réduite Bande passante plus élevée
Diamètre du coeur 50-200 µm Environ 50 µm
Scénarios d'application Normalement utilisée dans les systèmes de communication sur de courtes distances (quelques kilomètres) et à vitesse réduite (8 Mb/s ou moins) Généralement utilisée dans les systèmes de communication à distance modérée (10~20 km) et à vitesse relativement élevée (34~140 Mb/s)
Forme de transmission des données La lumière se propage le long de l'axe deL la fibre en zigzag La lumière se propage vers l'avant sous forme d'oscillations/courbes sinusoïdales
Dispersion modale Affecte la capacité de transmission de la fibre et limite la distance de relais Dispersion fortement réduite par rapport à la fibre multimode à saut d’indice, ce qui permet d'obtenir une bande passante plus élevée
Performance Relativement inférieur Élevé
Coûts Plus bas Plus élevé

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