Fibre optique : comment ça marche, à quoi ça sert, et plus encore

Les télécommunications, ou communications longue distance, sont possibles grâce aux différentes lignes de transmission disponibles. Parmi celles-ci, la fibre optique est l'une des plus fiables. Cet article vous explique le fonctionnement de la fibre optique et vous permet d'utiliser Internet et de profiter de nombreux autres avantages à la maison comme au bureau.

Fibre optique

La fibre optique est un filament flexible généralement en silicium, bien qu'il existe également des fibres optiques en plastique. C'est un matériau très délicat, avec un diamètre presque semblable à celui d'une mèche de cheveux. Il est transparent, pour pouvoir transmettre la lumière sans que la fréquence d'une couleur déforme les autres.

La fibre optique est apparue comme un substitut potentiel au câble coaxial. Comme le câble en cuivre, la fibre est utilisée pour transmettre des données entre ses deux extrémités, en utilisant la lumière comme moyen de transport.

Aujourd'hui, la fibre optique est l'un des mécanismes de communication les plus utilisés. C'est parce que l'information peut parcourir de longues distances sans avoir besoin de nombreux amplificateurs, voire aucun, afin que le signal ne soit pas perdu. Il a également une bande passante ou une vitesse de données supérieure à celle des câbles en cuivre.

Entre autres raisons pour lesquelles la fibre optique est utilisée pour remplacer le câble en cuivre, c'est qu'il y a moins d'atténuation du signal par kilomètre de trajet. Et un autre de ses avantages est que la fibre optique est immunisée contre les interférences électromagnétiques, il est donc pratiquement impossible de violer la sécurité.

De même, il est courant de trouver des fibres optiques pour l'éclairage. Cela est dû au fait qu'à l'heure actuelle c'est à travers la fibre qu'il a été possible d'accorder la lumière d'une plus grande intensité de toutes les formes de fourniture de lumière artificielle.

La structure d'une fibre optique est constituée d'un noyau, qui est la fibre elle-même où circule l'information. Le noyau est recouvert d'un revêtement qui se caractérise par un indice de réflexion inférieur à celui du noyau. Ceci est fait dans le but d'éviter que le faisceau lumineux voyageant dans le noyau ne le quitte et perde l'information, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une manière de confiner l'information dans le noyau en utilisant le phénomène de réflexion.

Par la suite, la doublure est entourée d'un manteau, et ce manteau de Kevlar. Et enfin, une cagoule, généralement jaune ou orange, qui identifie le type de fibre. Les deux servent à donner à la fibre une protection et une rigidité mécanique, car sinon la fibre serait extrêmement fragile, encore plus qu'elle ne l'est déjà.

Au sein de la fibre optique, plus d'un faisceau de lumière peut être envoyé, car il existe différentes voies ou manières possibles de le faire. Ce type de fibre optique est appelé multimode, et son nom vient du fait qu'elle possède plusieurs modes pour envoyer les faisceaux lumineux simultanément. Au lieu de cela, la fibre monomode utilise un seul chemin linéaire pour transmettre le faisceau lumineux. Physiquement, ils se différencient généralement par la couleur de leur capot, généralement orange pour le multimode et jaune pour le monomode.

Lors de l'épissage de la fibre optique, il est important de prendre en compte que son alignement entre les coeurs doit être extrêmement précis, car sinon il y aurait des pertes dues à un faux couplage. Cela implique que les joints entre fibres optiques sont plus complexes que ceux utilisés dans les câbles en cuivre conventionnels.

Historique de la fibre optique

Dans la fibre optique, il y a deux éléments fondamentaux qui ont présenté des avancées pour atteindre la technologie que nous connaissons aujourd'hui en termes de transmission de données par la lumière. Ces éléments sont la fibre optique et la lumière qui y circule. Dans ce segment, nous parcourrons l'histoire de la fibre optique et son évolution au fil du temps.

Dans la Grèce antique, la lumière du soleil réfléchie par les miroirs était utilisée pour envoyer des messages ou pour obstruer la vision de vos ennemis. Ce même système a été appliqué par Claude Chappe en 1792 pour appliquer la télégraphie optique à l'aide de tours et de miroirs répartis sur 200 km. Il a réussi à transmettre un message en un temps record pour le temps de 16 minutes.

En 1910, Demetrius Hondros et Peter Debye ont été les premiers à mettre en œuvre la capture de la lumière à l'intérieur de câbles en verre. Il est curieux que cette expérience ait pris autant de temps, car en 1820 les équations qui ont établi ce phénomène existaient déjà.

Ce principe est appelé confinement de la lumière par réfraction. N'oubliez pas que la réfraction est un phénomène qui fait qu'un faisceau lumineux change de direction lorsqu'il passe d'une ligne de transmission à une autre ayant des indices de réfraction différents car ils ont des densités différentes.

Dans les années 1840, Jean-Daniel Collado et Jacques Babinet ont pu prouver ce principe. De même, en 1870, John Tyndall a observé que la lumière peut voyager dans l'eau et que la lumière est réfractée dans ce milieu. Ces premières étapes ont permis de mener des études qui allaient confirmer le potentiel du cristal comme matériau par excellence pour la transmission de la lumière sur de longues distances. Au début, son application était pour l'éclairage des fontaines d'eau.

Plus tard, John Logie, un ingénieur écossais, a breveté un système électromécanique pour la télévision couleur, qui utilisait des tiges en verre qui transmettaient la lumière. Ce système n'a pas eu beaucoup de succès en raison de l'atténuation qu'il avait en raison des matériaux et des techniques qu'il appliquait, de sorte qu'il n'était pas possible pour la lumière de parcourir de grandes distances. De plus, leur système n'avait pas de coupleurs optiques.

En 1952 grâce aux précédentes études menées par John Tyndall, le physicien Narinder Singh Kapany a pu faire l'invention de la fibre optique. A noter que c'est dans les années 1950 que les recherches sur la fibre optique se sont approfondies. En fait, en 1957, Basil Hirschovitz a fabriqué un endoscope semi-flexible utilisant des fibres optiques. Il a réussi à envoyer des images et cet endoscope est un outil plus confortable pour les chirurgies.

L'université du Michigan propose dans sa version d'endoscope semi-flexible l'utilisation d'un matériau avec un indice de réfraction inférieur à celui du noyau, au lieu d'utiliser des huiles ou de la cire comme c'était le cas auparavant. De plus, des brins de fibres optiques beaucoup plus minces ont également été fabriqués, autant que l'épaisseur d'un cheveu. Cependant, la lumière était atténuée ou perdue après 9 mètres de trajet avec cette fibre optique. C'est Charles K. Kao qui a présenté que l'atténuation théorique maximale que devraient avoir les fibres optiques était de 20 décibels pour que son application soit faisable, dans sa thèse de doctorat

Encore une fois, Charles K. Kao et George Hockham ont déclaré qu'il était possible de fabriquer des fibres avec un pourcentage de transparence plus élevé. De même, ce sont eux qui ont proposé l'utilisation de la fibre optique pour la transmission des messages téléphoniques au lieu d'utiliser ceux qui sont convaincus qu'il s'agit de câbles de cuivre et d'électricité.

Il était nécessaire d'améliorer la fibre optique, qui avait pour le moment une atténuation de 100 dB/km, une faible bande passante et une grande fragilité mécanique. Pour y parvenir, des études et investigations incessantes et approfondies ont dû être menées, ce qui a permis de déterminer que la cause de ce niveau de perte de lumière était les impuretés intrinsèques qui existaient dans le silicium ou le verre.

C'est grâce à cette découverte que les fibres ont commencé à être fabriquées avec une réduction d'atténuation allant jusqu'à 20 dB/km et avec une plus grande bande passante. De plus, les âmes avaient une épaisseur de 100 µm, qui étaient recouvertes de fil de Naylon pour respecter le fond d'indice de réfraction, mais qui pouvaient aussi apporter une plus grande rigidité mécanique, ne permettant pas de casser la fibre avec les mains.

Les travaux de Kao et Hockman ont servi de base aux recherches menées par Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz et Frank Zimar qui ont proposé et fabriqué la première fibre optique avec des impuretés de Titane. Ces impuretés ont été intentionnellement incorporées dans le silicium pour augmenter la réfraction dans la fibre. Cette fibre permettait à la lumière de voyager dans la fibre optique avec seulement 17 dB/km d'atténuation. Dans cette même décennie de 1970, il était possible de fabriquer des fibres optiques avec seulement 0.5 dB/km de pertes.

Une autre avancée importante dans la technologie de transmission de données lumineuses a été réalisée par les physiciens Morton B. Panish et Izuo Hayashi qui ont développé un laser à semi-conducteur pouvant fonctionner en continu sans augmenter sa température. Ensemble, John MacChesney et d'autres collaborateurs ont élaboré des méthodes de préparation des fibres.

La première transmission téléphonique utilisant la ligne de transmission a été réalisée le 22 avril 1977 par la société nord-américaine General Telephone and Electronics, et a atteint une vitesse de 6 Mbit/s.

En 1980, les fibres étaient si transparentes qu'elles pouvaient envoyer des signaux à travers une fibre optique sur un trajet allant jusqu'à deux cent quarante kilomètres avant qu'elles ne soient complètement perdues. Ces fibres sont apparues lorsque les chercheurs ont réalisé que le silicium pur sans aucun métal ne pouvait être fabriqué qu'à l'aide d'outils et de composants utilisant de la vapeur. Cela a empêché l'apparition de contaminants inhérents dans le processus de fabrication.

AT&T a soumis son projet de système de fibre optique à environ 1980 miles de distance à la Federal Communications Commission en XNUMX. Ce système traverserait et relierait les villes de Boston et de Washington DC. C'est après quatre ans de présentation de ce projet, que le système a commencé à devenir opérationnel. Ce câble mesurait dix pouces de diamètre et était capable de fournir jusqu'à quatre-vingt mille canaux vocaux pour des conversations téléphoniques simultanées.

La première fibre optique à être installée transocéanique est devenue opérationnelle en 1988, la transparence de son cœur était si irréprochable qu'il suffisait de placer des amplificateurs optiques tous les soixante kilomètres. Par la suite, plus de connexions de ce type ont été faites et des tournées plus étendues ont été faites entre les villes et les continents.

Toutes ces avancées ont permis à la fibre optique de continuer à améliorer sa transparence et pourraient être appliquées aux communications sur le marché et pas seulement à un niveau expérimental. En fait, General Telephone and Electronics a réussi le 22 avril 1977 à réussir la première transmission téléphonique avec une vitesse de 6 Mbits / s, en utilisant la fibre optique comme ligne de transmission.

Processus de fabrication

C'est aux Laboratoires Bell que des méthodes indépendantes de fabrication de fibres optiques ont été développées. À partir de là, il existe quatre procédés de fabrication de fibres optiques

MCVD (dépôt chimique en phase vapeur modifié)

Cette méthode a été développée à l'origine par Corning Glass et adaptée par Bell Laboratories pour une application industrielle. Ils sont constitués d'un tube de quartz pur, dans lequel du dioxyde de silicium est mélangé à d'autres éléments pour doper la préparation. Ce tube est ensuite placé sur un tour rotatif.

Par la suite, il est porté à des températures allant jusqu'à 1600 degrés Celsius avec un brûleur à hydrogène et oxygène. Cela se fait en faisant tourner le tour pendant que le tube de quartz est chauffé sur toute sa longueur. À ce stade, les additifs sont ajoutés, qui sont ceux qui contribueront à un meilleur indice de réfraction dans le noyau, à une extrémité du tube.

Les couches suivantes sont également incorporées, en raison de l'assujettissement continu du brûleur. Cette technique permet de synthétiser le noyau. Ensuite, le brûleur est porté à une température de 1800 degrés Celsius, qui est la température qui permet au quartz de se ramollir et ainsi d'obtenir la préforme.

La préforme fait référence à la tige ou au tube de verre qui est utilisé pour créer des fibres optiques. C'est-à-dire que c'est le tube solide qui est obtenu après cette méthode. Ses dimensions sont généralement d'un peu plus de 1 mètre de long et 1 centimètre de diamètre.

VAD (dépôt axial de vapeur)

Cette technique est basée sur celle développée par Nippon Telephone and Telegraph. Il est largement utilisé au Japon dans les entreprises engagées dans la fabrication de fibres optiques. Il utilise les mêmes matériaux de base que dans la méthode MCVD, mais ils diffèrent par le fait que dans ce dernier, seul le noyau a été placé. Maintenant, la doublure est également placée en plus

C'est pourquoi cette méthode est un peu plus délicate au moment du dopage, puisque le dioxyde de germanium doit être incorporé en plus grande proportion dans le coeur que dans le revêtement. Pour cette fabrication, un logiciel est utilisé comme un assistant indispensable où les paramètres sont établis.

En prenant avec une tige ou un tube de verre auxiliaire, le processus de préforme commence. Ce tube auxiliaire lui sert de support. Il commence par incorporer les différents matériaux de manière ordonnée à partir de l'extrémité du cylindre, obtenant la préforme poreuse qui en grossissant se détache du tube de verre auxiliaire.

Par la suite, le processus d'effondrement est effectué, qui consiste à élever la température jusqu'à 1700 degrés Celsius afin d'obtenir le ramollissement du quartz. Ceci est fait pour passer d'une préforme poreuse creuse intérieurement à un cylindre solide et transparent.

Si l'on compare cette méthode avec la précédente, la méthode VAD présente l'avantage d'obtenir des préformes de plus grande longueur et de plus grand diamètre, tout en réduisant l'apport énergétique. Cependant, son inconvénient est qu'il nécessite des équipements de fabrication beaucoup plus sophistiqués.

OVD (dépôt extérieur en phase vapeur)

Cette méthode a été développée par Corning Glass Work. Dans ce cas, votre matière première commence par un cylindre de substrat en céramique et le brûleur. Les chlorures vaporeux sont placés sur le feu du brûleur, et le feu chauffe la tige. A ce stade, la synthèse de la préforme est effectuée. Cette procédure consiste à sécher la tige au moyen de chlore gazeux, pour effectuer ultérieurement le processus d'effondrement de la même manière que ceux qui seront effectués avec la méthode précédente. C'est ainsi que l'âme et sa gaine sont synthétisées pour obtenir la préforme.

Certains des avantages de cette méthode sont qu'il est possible de fabriquer des fibres optiques avec une très faible atténuation et de bonne qualité, grâce à l'optimisation du processus de séchage. Cette optimisation permet d'obtenir des profils lisses sans structure annulaire importante.

PCVD (dépôt chimique en phase vapeur plasma)

Cette méthode est développée par la société Philips aux Pays-Bas. De même, il se caractérise par ses profils lisses et sans structure annulaire reconnaissable. Le principe de ce fond de teint repose sur l'oxydation du chlorure de silicium et du chlorure de germanium. En faisant rouiller ces chlorures, un état plasma est atteint, suivi du processus de dopage de l'intérieur.

Étape d'étirement de la préforme

Quel que soit le type de procédé utilisé, il est courant parmi tous ceux-ci que le processus d'étirage de la préforme soit effectué. Pour réaliser l'étirage de la préforme, il est nécessaire de disposer d'un four à tube ouvert. A l'intérieur de ce four, la préforme est placée et soumise à des températures allant jusqu'à 2000 degrés Celsius, ceci afin de ramollir la préforme et de pouvoir la manipuler.

Dans ce processus, le diamètre de la fibre optique est atteint, et il est de la plus haute importance de maintenir une tension constante afin que le diamètre sur toute la longueur de la fibre optique ne varie pas. Le moyen de s'assurer que le noyau n'a pas de telles variations dans son diamètre est de maintenir une tension constante uniforme. De plus, l'absence de courants de convection dans le four doit être garantie.

De même, il est de la plus haute importance que lorsque la préforme se ramollit à nouveau, l'entrée d'agents pouvant contaminer ou générer des microfissures, qui provoqueraient une perte d'atténuation voire une rupture de la fibre optique, soit évitée.

Au cours de ce processus, un matériau synthétique est également ajouté à la figure, il s'agit généralement d'un polymère visqueux. L'importance de ce polymère est qu'il permet à la fibre optique d'être étirée à des vitesses plus élevées. Cela crée une couche uniforme et sans impuretés autour de la fibre. Enfin, cette protection est séchée et durcie, au moyen de procédés thermiques ou de réactions chimiques utilisant le rayonnement ultraviolet.

Applications de fibre optique

La fibre a une polyvalence impressionnante, elle peut donc être appliquée dans les communications numériques, les bijoux, les capteurs, l'éclairage, les décorations, entre autres. Voici quelques-unes des applications les plus courantes de la fibre optique et d'autres.

Communications par fibre optique

La plus grande échelle ou ampleur d'utilisation de la fibre optique est pour les télécommunications. En raison de sa flexibilité, il est possible de regrouper plusieurs fils pour former des câbles à fibres optiques. Habituellement, les fibres utilisées pour cela sont en plastique ou en verre, et parfois même des deux matériaux.

Capteurs à fibre optique

Les capteurs à fibre optique peuvent être distingués entre les capteurs intrinsèques et les capteurs extrinsèques. Les capteurs intrinsèques font référence à la figure elle-même en tant que capteur. En revanche, dans les capteurs extrinsèques, la fibre est le moyen de transmettre les signaux qu'un capteur émet vers un système qui traite lesdits signaux.

Parce qu'il n'y a pas de circulation de courant électrique dans les fibres optiques, elles présentent un avantage par rapport aux capteurs électriques. Même le fil de fibre est en soi un excellent capteur pour mesurer les déformations, la température, la pression atmosphérique, l'humidité, les champs électriques, les champs magnétiques, les gaz, les vibrations, entre autres.

Une autre des applications de la fibre optique dans l'application des microphones aquatiques pour la détection des tremblements de terre ou des applications d'ondes générées par un sonar. Pour cela, plus d'un millier de capteurs en fibre optique ont été utilisés pour créer des systèmes hydrophoniques. Ce type de système est principalement utilisé par l'industrie pétrolière et les organisations de défense et certains pays. De même, la société allemande Sennheiser a créé un microphone qui fonctionne avec une lumière laser et des fibres optiques.

Dans ce même sens, des capteurs à fibre optique mesurant la température et la pression atmosphérique sont utilisés dans les puits de pétrole. Ces types de capteurs sont capables de résister à des conditions plus extrêmes par rapport aux capteurs fabriqués avec des semi-conducteurs.

Dans l'aviation, il existe un gyroscope en fibre optique, ainsi que des microcapteurs à hydrogène.

Ces capteurs photoniques en fibre optique contiennent généralement quatre parties fondamentales qui sont :

Le capteur : est le transducteur
L'interrogateur : qui émet et reçoit le signal provenant de la fibre optique.
Le câble optique : c'est la fibre optique
Coupleurs optiques, multiplexeurs, amplificateurs ou commutateurs : les éléments qui permettent de coupler le système optique et électrique sans perdre le signal, et sont capables de gérer différents signaux provenant de différentes sources.

Le fonctionnement ou le fonctionnement de ce système commence par la génération d'un signal optique créé par l'interrogateur, ceci afin de demander des informations au récepteur. Ces informations transitent par la fibre optique du capteur. Lorsqu'il procède à la mesure des conditions environnementales telles que les gaz, la pression atmosphérique, la température et d'autres facteurs, il y a une variation de l'intensité de la lumière, ou sa longueur d'onde est affectée et, par conséquent, il y a un changement. .

Cette variation de variation, soit dans la longueur d'onde, soit dans l'intensité de la lumière est renvoyée à travers la fibre optique vers l'interrogateur. Ensuite, le pourcentage de variation de ces changements est estimé. En appliquant différents algorithmes et outils tels que les coupleurs optoélectroniques, il est possible de convertir des signaux optiques en signaux électroniques, afin que les systèmes électriques aux extrémités puissent interpréter les informations, comme un système de contrôle ou d'affichage des données en temps réel.

De même, en fonction de la quantité de trafic de données telles que celles passant par un réseau Internet, il peut y avoir des multiplexeurs optiques, des commutateurs optiques, des amplificateurs optiques ou différents coupleurs optiques de la même manière.

De même, les systèmes de capteurs à fibre optique peuvent être classés comme ponctuels ou distribués.

Systèmes de capteurs ponctuels optiques

Ce type de système utilise des positions définies de capteurs distribués au sein d'un réseau de capteurs qui permettent de surveiller les paramètres individuellement. Pour cette raison, les systèmes de points permettent la mesure de plusieurs paramètres simultanément. Contrairement aux systèmes distribués, la surveillance des systèmes ponctuels peut s'étendre jusqu'à 250 km.

Systèmes de capteurs optiques distribués

Dans ce cas, les mesures et détections de variation du paramètre optique que reçoit l'interrogateur proviennent des données obtenues le long de l'ensemble de la fibre optique. Ceci présente un avantage puisque c'est une zone de brin de fibre optique qui sert de traducteur du système. Le système optique distribué peut s'étendre sur une portée allant jusqu'à 120 km.

Éclairage LED

Les premières applications de la fibre optique ont été précisément l'éclairage des espaces. Encore aujourd'hui, cette application existe toujours pour la fibre optique. Ceci est dû au fait que la fibre optique permet d'éclairer des zones sans générer de chaleur et sans risque de court-circuit, puisque la fibre optique est conçue pour la transmission de faisceaux lumineux.

Il est même possible, en modifiant la fréquence, de changer la couleur de l'éclairage. Ceci est très utile par exemple si l'éclairage est utilisé dans une lampe, car il est possible de changer la couleur sans avoir à changer la lampe.

De même, il est possible d'étendre les zones d'éclairage puisqu'il est possible de positionner différentes fibres optiques à plusieurs endroits, en utilisant une seule source lumineuse.

Plus d'utilisations de la fibre optique

Il est utilisé comme guide d'ondes pour les faisceaux lumineux émis par les équipements médicaux ou industriels qui nécessitent d'éclairer des zones où la ligne de mire n'est pas directement ou facilement accessible.

Nous pouvons utiliser comme exemple l'endoscope semi-flexible utilisé en médecine, qui utilise des fibres optiques en conjonction avec des lentilles pour pouvoir visualiser l'intérieur des organes sans avoir besoin de chirurgies hautement invasives. Dans le cas des industries, pour inspecter des équipements tels que des turbines.

En effet, les fibres optiques sont actuellement utilisées comme éléments décoratifs, comme c'est le cas des sapins de Noël qui ont des fibres optiques dans leurs branches qui illuminent le sapin, et il est également possible de faire varier leur couleur.

Un autre exemple d'application de la fibre optique est celui appliqué dans certains bâtiments, qui captent la lumière naturelle de leurs toits et grâce à la fibre optique, cette lumière peut voyager jusqu'aux espaces internes du bâtiment.

Et enfin, il existe aujourd'hui un mélange entre béton et fibre optique qui donne un béton translucide. Ce matériau a été créé par l'architecte Ron Losonczi, et ce qui est étonnant avec ce béton, c'est qu'il peut encore avoir la résistance du béton et, en plus, la qualité de la fibre optique pour transmettre la lumière.

Caractéristiques de la fibre optique

La fibre optique est une ligne de transmission diélectrique qui fonctionne dans le spectre électromagnétique de la bande optique. C'est dans cette bande optique que l'on retrouve les couleurs, mais il y a aussi la bande proche infrarouge et la bande infrarouge. Dans la fibre optique, une partie de ces fréquences est généralement utilisée.

Chaque brin de fibre optique a un noyau au centre en plastique ou en verre, c'est-à-dire en oxyde de silicium et de germanium. Ce noyau a un indice de réfraction élevé et est recouvert d'un revêtement d'indice de réfraction inférieur. Cela permet à la lumière de ne traverser que le noyau et de ne pas s'échapper vers l'extérieur. Il est courant que cette couche de revêtement soit constituée d'un polymère ou d'un plastique.

Cette différence entre les indices de réfraction qui doivent exister entre le coeur et sa gaine est due aux principes de réfraction de la lumière. Ce principe stipule que lorsqu'une surface avec un certain indice de réfraction borde une autre surface avec un indice de réfraction inférieur, la lumière est réfléchie et, plus la différence entre ces indices est grande, plus l'angle d'incidence est grand, donc il y aura une réflexion interne totale .

Dans la fibre optique, la lumière rebondit ou se réfléchit à l'intérieur du noyau, et ces angles de réflexion sont très larges, on peut donc pratiquement supposer que la lumière se déplace en ligne droite à travers son centre, ce qui lui permet de parcourir de grandes distances sans décoloration.

Performances de la fibre optique

Les lois de la géométrie optique sont celles qui établissent le fonctionnement et les principes de base du fonctionnement de la fibre optique. La fibre optique est principalement régulée par la loi de la réfraction soit passer par le principe de la réflexion totale interne.

Les faisceaux lumineux sont transmis à travers le coeur de la fibre optique, j'ai donné la différence des indices de réfraction, ce faisceau ne peut pas traverser la gaine mais se réfléchit effectivement dessus et continue de se propager à travers le coeur.

Ensuite, nous présenterons les avantages et les inconvénients de la technologie de la fibre optique.

Avantages

Il a une très large bande passante, permettant des vitesses de transmission très rapides
C'est une technologie minimaliste, c'est-à-dire qu'elle prend très peu de place.
Il est léger, puisqu'il ne pèse que quelques grammes par kilomètre. Contrairement au câble électrique qui peut même peser 9 fois plus que la fibre optique.
Il est complètement immunisé contre la contamination électromagnétique. Il a donc une qualité de transmission supérieure aux lignes classiques, puisqu'il n'est pas perturbé par exemple par des courts-circuits externes ou des orages électriques.
Précisément parce qu'elle est insensible aux interférences, la fibre optique garantit un haut niveau de sécurité de l'information. En effet, le seul moyen de pénétrer à l'intérieur du système de transmission à fibre optique est de l'affaiblir et même de l'interrompre, le rendant facilement détectable.
Il ne génère pas d'interférences avec d'autres systèmes.
Elle n'est pas affectée par les signaux parasites, donc dans des systèmes comme le métro où il y a des systèmes qui peuvent facilement perturber les communications, la fibre optique devient l'alternative par excellence.
Son atténuation est significativement faible par rapport aux câbles conventionnels, il est donc possible de parcourir de longues distances sans avoir besoin d'inclure des éléments actifs tels que des amplificateurs pour maintenir le signal.
Selon les matériaux avec lesquels le manteau et le capot sont fabriqués, la fibre optique peut avoir une bonne résistance mécanique.
Il est résistant à la corrosion.
Il dispose d'un système appelé réflectométrie optique qui permet de détecter facilement les points de faiblesse ou de fibre coupée le long du parcours.

Inconvénients

Puisque nous présentons tous les avantages de la fibre optique, nous allons procéder à la présentation des inconvénients de cette technologie par rapport aux autres lignes de transmission.

Haute fragilité des fibres.
Elle nécessite des équipements d'émission et de réception plus coûteux.
Les épissures faites avec des fibres optiques sont plus complexes à faire, surtout sur le terrain, donc les réparations sont plus difficiles.
Comme il ne peut pas transmettre d'électricité, il n'est pas directement compatible avec les systèmes terminaux, qui sont généralement électroniques.
Il ne peut pas transmettre des puissances très élevées.
Il ne peut pas stocker d'informations optiquement.
Il est affecté par des températures élevées ou basses, de sorte que la gaine et le revêtement doivent être des matériaux résistants à la température.
Les vibrations peuvent affecter correctement la transmission des données.

Types de fibre optique

Dans le cœur de la fibre optique, il existe différents chemins que le faisceau lumineux peut suivre. Chacun de ces chemins est appelé un mode de propagation. La fibre optique peut être classée en fibre multimode ou monomode.

Fibre multimode

La fibre multimode fait référence à une fibre dans laquelle la lumière peut traverser plusieurs chemins ou modes. Un seul brin de fibre multimode peut avoir jusqu'à 1000 modes de propagation des faisceaux lumineux. Ceci implique que les faisceaux lumineux n'arrivent pas simultanément. Ce type de fibre est généralement utilisé sur de courtes distances, environ des distances inférieures à 2 kilomètres.

L'indice de réfraction du coeur d'une fibre multimode est légèrement supérieur à l'indice de réfraction de la gaine. De plus, l'épaisseur du coeur d'une fibre multimode est supérieure à celle d'une fibre monomode, cela permet d'être plus facile à connecter car elle ne nécessite pas une telle précision.

La fibre multimode peut quant à elle être classée en deux formes selon le type d'indice de réfraction de son coeur, qui sont :

Indice de réfraction par paliers : Dans ce cas, l'indice de réfraction est constant sur toute la longueur du noyau, ce qui entraîne une dispersion modale élevée.

Indice gradué : Dans ce cas, le cœur est constitué de différents matériaux, de sorte que l'indice de réfraction n'est pas constant sur toute la longueur de la fibre et, par conséquent, elle présente une dispersion modale moindre.

De même, la norme qui est établie dans l'ISO 11801, indique la classification de la fibre optique multimode selon la bande passante et la source lumineuse à utiliser, c'est-à-dire si elle est multimode sur laser, ou multimode sur lumière led.

OM1 : Fibre 62.5/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM2 : Fibre 50/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM3 : Fibre 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Laser.

Fibre monomode

Comme nous l'avons expliqué précédemment, le terme mode est appliqué pour indiquer le nombre de trajets que peuvent avoir les faisceaux lumineux. Dans la fibre monomode, il n'y a qu'un seul mode par lequel la lumière peut voyager. Cela signifie alors que le diamètre du noyau est plus petit. De même, la lumière traverse théoriquement le centre de la fibre contrairement au multimode qui rebondit sur les parois du cœur. Ce type de fibre est principalement utilisé pour les trajets longue distance.

Câble de structure lâche

Il est également possible de classer la fibre optique selon sa conception, et il existe également deux types de fibre optique selon cette classification.

Ce type de fibre peut être appliqué à l'extérieur et à l'intérieur et se compose de plusieurs brins de fibres divisés en groupes qui sont introduits dans des tubes qui entourent un renfort central, et ceux-ci sont à leur tour recouverts d'une gaine de protection.

Le terme structure lâche vient du fait que les brins de fibre optique sont lâchement à l'intérieur des tubes à travers lesquels ils sont guidés. Ce tube peut être creux ou avoir un matériau hydrophobe à l'intérieur, de sorte qu'il sert de protection à la fibre optique contre l'humidité.

De plus, il devait être lâche, il permet d'isoler la fibre optique des efforts mécaniques extérieurs qui s'exercent sur le câble.

L'entretoise centrale est généralement flexible et renforce le câble. Il peut être en matériau métallique ou diélectrique.

Câble à structure serrée

Ce câble a principalement des applications pour l'intérieur des bâtiments car il est plus flexible et permet des rayons de courbure plus petits que les câbles à structure lâche.

Ce câble se compose de l'union de plusieurs brins de fibre optique qui ont individuellement un manteau et une gaine. Ces fils entourent une pièce centrale et cet ensemble est à son tour protégé par une couche externe. Son nom vient du fait que tous les fils de fibres sont très serrés, ce qui offre un bon maintien physique.

Composants de fibre optique

Dans un système de communication constitué de fibres optiques, certains composants sont nécessaires au succès de la transmission. Ces composants comprennent des émetteurs optiques, des détecteurs optiques, des connecteurs ou des terminaux à fibres optiques, entre autres.

Émetteurs optiques

Ce sont les éléments chargés de transformer les informations ou données issues d'une source électronique en données optiques ou faisceaux lumineux. Pour y parvenir, l'émetteur utilise des électrons à une certaine fréquence pour être excités au sein de matériaux tels que le silicium, générant souvent des faisceaux de lumière, appelés photons, sous forme d'énergie. Les photons sont la particule quantique élémentaire de la lumière. L'émetteur possède en interne un modulateur qui remplit la fonction de transformer l'énergie électronique en énergie optique.

Émetteurs de faisceau

Dans les émetteurs optiques, il existe deux types d'émetteurs qui émettent des signaux optiques, à savoir :

LED.

C'est une diode qui émet de la lumière, ou Light Emitting Diode. Ce type d'émetteur de lumière est principalement utilisé dans la fibre multimode en raison de sa facilité d'utilisation et de sa durée de vie. Bien qu'il soit important de noter que ce type de lumière n'est pas capable de parcourir de longues distances, il est donc utilisé pour de courtes distances car ils remplissent la fonction et réduisent les coûts.

Lasers

C'est le Rayonnement de Lumière Spontané Amplifié Stimulé. Il émet une lumière hautement cohérente et utilise des semi-conducteurs pour l'émission de lumière. la lumière laser peut être utilisée dans les fibres multimodes et dans les fibres monomodes, bien qu'elles ne soient généralement utilisées que dans les fibres monomodes car leur circuit est plus complexe et donc plus coûteux. La durée de vie du laser, bien que longue, est généralement inférieure à la moyenne des LED.

Convertisseurs électriques de courant léger

Dans les transmissions par fibre optique, il est nécessaire d'avoir un élément qui détecte la présence de photons. Habituellement, c'est une photodiode qui est responsable de la conversion des signaux optiques en signaux électroniques. Ceci est réalisé en traduisant la présence ou l'absence de lumière en signaux avec des hauts et des bas ou des uns et des zéros.

Et aussi, ils sont appliqués pour le processus inverse, c'est-à-dire pour convertir des signaux électriques en signaux optiques. Même s'il est possible de transformer la lumière en signaux électriques, et ceux-ci émettent une certaine puissance, il ne suffit pas d'alimenter les équipements terminaux. Ces équipements terminaux sont généralement électriques, une source d'alimentation alternative est donc presque toujours requise.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, ces convertisseurs opto-électriques sont généralement constitués d'une photodiode ou d'un semi-conducteur. Pour garantir le bon fonctionnement de ces semi-conducteurs, certaines conditions doivent exister, qui sont :

Lorsqu'il n'y a pas de lumière, le courant inverse ne doit pas être très élevé afin de pouvoir détecter des signaux optiques très faibles.
Il doit avoir une large bande passante, pour pouvoir fournir une vitesse de réponse.
Les niveaux de bruit générés par ces semi-conducteurs doivent être minimes.

À leur tour, il existe deux types de détecteurs, les photodiodes PIN et les photodiodes à avalanche APD.

Détecteurs de PIN

Ce type de détecteurs se compose d'un semi-conducteur composé de trois couches, les deux couches externes sont une de type P et une de type N et celle du milieu est un semi-conducteur intrinsèque. C'est de là que vient son nom PIN. Ce matériau intrinsèque en pratique est généralement placé en prolongement du matériau P ou du matériau N.

Détecteurs APD

Ce sont des semi-conducteurs à avalanche. Ces photodiodes, lorsqu'une tension inverse leur est appliquée, génèrent un gain de courant. Le fonctionnement de ces détecteurs à avalanche à semi-conducteur consiste à faire voyager un électron et celui-ci rencontre un atome pour qu'il puisse libérer un autre électron. La raison pour laquelle les semi-conducteurs à avalanche sont utilisés est que cet électron envoyé est nécessaire pour gérer une quantité d'énergie suffisante.

Les détecteurs APD peuvent être classés en trois types, selon le matériau dont ils sont faits :

Détecteurs de silicium

Ces types de détecteurs ont des performances élevées et génèrent de faibles niveaux de bruit. L'alimentation de ce type de détecteurs est comprise entre 200 V et 300 V

Détecteurs au germanium

Généralement, il fonctionne avec des longueurs d'onde comprises entre 1000 et 1300 nm, bien que des performances légèrement inférieures.

Détecteurs autres matériaux

Ces détecteurs sont composés de matériaux ou de produits chimiques situés dans les groupes III et V du tableau périodique.

Types de polissage de fibre optique

Les types de polissage dépendront des connecteurs qui se trouvent aux extrémités de la fibre optique, ils peuvent être classés selon leur type de polissage. Ce type de polissage variera selon la façon dont il est connecté.

Plat : ce polissage laisse les extrémités de la fibre lisses et perpendiculaires à son axe, c'est-à-dire parfaitement plates.

PC (Contact Physique) : Les fibres se terminent par une forme convexe, mettant ainsi les noyaux des deux fibres en contact.

SPC (Super PC) : Il est similaire à la PSP, les bords sont légèrement limés pour lui donner une forme triangulaire sans pointe au centre, mais plutôt plate.

UPC (Ultra PC) : C'est la même chose que le SPC, mais les bords sont davantage appelés de sorte que seul le centre de la fibre est la partie plate.

Code UPC amélioré : Il s’agit d’une version plus aboutie que la précédente, le contact doit donc être extrêmement précis.

APC (Polage angulaire) : Ce type de polissage consiste à créer un profil avec un angle précis. Cet angle permet un contact physique plus précis entre les noyaux des deux pièces.

Connecteurs fibre optique

Les connecteurs permettent de raccorder les câbles à fibres optiques aux équipements terminaux. Ces derniers possèdent des ports de communication informatique dédiés aux connexions à fibres optiques. Selon le type de port, un connecteur spécifique est utilisé pour raccorder la fibre. Le principe est similaire à celui des câbles conventionnels ; par exemple, le câble coaxial utilise différents types de connecteurs, chacun ayant une fonction spécifique.

En résumé, les types de connecteurs pour fibre optique sont :

FC
FDDI
LC et MT-Array
SC et SC-Duplex
ST ou BFOC

Les connecteurs couramment utilisés dans la fibre optique, en particulier pour les réseaux locaux, sont les connecteurs ST, LC, FC et SC.

Fils de fibre optique

Un câble à fibres optiques est constitué d'un groupe de plusieurs fibres optiques à travers lesquelles différents signaux sont perçus. Chaque fibre peut envoyer de grandes quantités de données à partir de différentes sources, de sorte qu'un câble à fibre optique peut envoyer des informations à partir de différents services en même temps.

Les câbles à fibres optiques sont l'alternative la plus réalisable pour le remplacement des câbles coaxiaux dans l'industrie des télécommunications et l'industrie électronique. Même un câble avec 8 fibres optiques est encore considérablement plus petit que les câbles conventionnels. Un câble à fibre optique a la capacité d'envoyer l'information équivalente à celle envoyée par 60 câbles en cuivre de 1623 paires, soit 4 câbles coaxiaux de 8 tubes. De plus, la fibre optique peut envoyer des informations sur de plus grandes distances sans qu'il soit nécessaire de placer autant de répéteurs ou d'amplificateurs que cela se produirait dans le cas de l'utilisation de câbles en cuivre.

Aussi, il est important de souligner la différence de poids qui existe entre le câble en fibre optique et le câble en cuivre. Par exemple, un câble à fibre optique à 8 fibres peut peser aussi peu que 30 kg par kilomètre, tandis qu'un câble coaxial peut peser jusqu'à 45 kg par kilomètre. Et de même, la fibre optique permet un seul parcours de 2 à 4 kilomètres de distance. Dans le cas du câble coaxial, il ne permet que des longueurs de 250 à 300 mètres.

Cependant, il est également vrai que la fibre optique nécessite un revêtement supplémentaire et d'autres éléments qui renforcent son installation. Ceci est fait afin de ne pas mettre en danger la ponte et, à l'avenir, des casses peuvent survenir en raison de leur fragilité.

Caractéristiques du câble

Ces câbles à fibres optiques ont différentes fonctions. En premier lieu, nous pouvons mentionner qu'il agit comme un élément qui protège les fibres optiques internes afin qu'elles ne subissent pas de dommages ou de ruptures pouvant survenir au moment de l'installation du câble ou pendant sa durée de vie, qui est généralement de 20 ans. . . .

Deuxièmement, les câbles à fibres optiques confèrent une rigidité mécanique à la fibre optique interne afin qu'elle puisse résister aux conditions de torsion, de compression et de traction et aux facteurs environnementaux auxquels elle peut être exposée. C'est pourquoi en plus du câble, d'autres éléments sont également incorporés pour renforcer et isoler la fibre optique de ces agents et forces extérieurs auxquels elle est soumise.

Ces câbles peuvent avoir une installation souterraine, sous-marine ou transocéanique ou aérienne. L'un des points les plus critiques dans un système avec des câbles à fibres optiques est au moment de l'installation, et c'est pourquoi certains éléments sont utilisés pour protéger la fibre contre les dommages.

Conception et éléments de câble à fibre optique

Le rôle que jouera un câble à fibre optique déterminera sa structure. Cependant, même lorsqu'ils peuvent être appliqués pour différentes fonctions, tous les câbles à fibres optiques ont de nombreux éléments en commun, qui sont le revêtement secondaire, les fibres internes, les éléments qui contribuent au renforcement et à la structure du câble, la gaine qui regroupe tous fils de fibres et matériaux isolants contre l'humidité. Les revêtements secondaires peuvent être divisés en trois types :

Doublure confortable

Ce revêtement est généralement une couronne annulaire solide en nylon ou en polyester qui recouvre le revêtement primaire. Ce revêtement secondaire augmente donc le diamètre final de la fibre optique. La fonction de ce revêtement est d'assurer une protection contre les microcourbures pouvant exister dans la fibre optique. Cependant, même si ce revêtement protège contre ces courbures, il est important d'être vigilant lors de l'installation de la fibre optique, car elles peuvent encore se produire au moment de l'installation.

Doublure creuse creuse

Cette doublure a un espace surdimensionné, qui se compose d'un tube creux en métal et combiné avec du plastique. Cela fait de ce tube un matériau dur, mais en même temps flexible. La réalisation d'une gaine surdimensionnée a pour but de protéger la fibre optique des vibrations, des températures et des efforts mécaniques.

Doublure ample avec rembourrage

C'est le même revêtement mentionné ci-dessus, mais à l'intérieur un matériau capable d'isoler l'humidité est introduit. En introduisant un matériau hydrophobe à l'intérieur, il empêche l'eau d'atteindre la fibre optique. En plus de fournir une protection contre les vibrations et autres agents environnementaux, il est également capable de résister à certaines températures. Il est courant d'utiliser des matériaux dérivés du pétrole ou du silicone.

Éléments structurels

Ces éléments sont les structures qui servent de guide central pour le chemin que doit suivre la fibre optique. La fibre optique est soit répartie le long de cette structure, soit tressée autour d'elle. Généralement, ces structures comportent des canaux ou des rainures qui servent de guide supplémentaire pour la fibre optique.

Éléments de renforcement

Comme leur nom l'indique, leur mission est d'apporter un renfort supplémentaire au câble de fibre optique afin d'isoler, dans la mesure du possible, les efforts de traction auxquels les fibres peuvent être soumises et, de plus, il n'y a pas d'allongement significatif qui pourrait provoquer des ruptures de noyau. En plus de la protection contre l'allongement, il protège également les câbles à fibres optiques contre les pliures et les vibrations. Les matériaux les plus couramment utilisés pour les structures de renforcement sont la fibre de verre Kevlar et l'acier car ce sont des matériaux flexibles mais qui ont également une solidité.

gaine

Tous les câbles à fibres optiques ont une gaine généralement en plastique. Cette gaine est l'enveloppe extérieure du câble à fibres optiques et sa fonction est de protéger l'âme des agents, forces et phénomènes externes, tels que l'humidité, la température, les vibrations, entre autres.

Les matériaux qui composeront nos couvertures varieront selon leur installation et leur application, par exemple les câbles optiques qui sont interocéaniques doivent assurer une protection contre l'humidité, la pression atmosphérique et même contre les morsures de requin. S'il s'agit d'un câble à fibre optique qui sera installé par voie aérienne, alors la gaine doit protéger l'âme contre les vibrations et les plis générés par le vent, mais aussi contre les températures et l'humidité. Ou si finalement, son installation sera souterraine, alors la couverture doit être un peu plus lourde pour résister aux chocs et pressions donnés, par exemple, à la circulation automobile.

Techniques d'épissage

Il est courant que dans les très grandes courses, jusqu'à plus de 120 kilomètres, il soit nécessaire de faire des épissures entre les fibres, car il n'y a pratiquement pas de fibre continue qui a cette longueur. Et même en cas de casse, il est nécessaire d'effectuer ce type de réparation.

Les différents types d'épissures qui existent sont les suivants :

Épissure mécanique

Ce type d'épissure se compose d'une sorte de manchon où les deux fibres sont introduites et une torsion mécanique est réalisée pour joindre les deux âmes. Ces épissures sont généralement utilisées sur une base temporaire ou lorsque l'épissure par fusion est jugée inutile. Les pertes liées à ce temps d'épissure sont de l'ordre de 0,5 dB.

Épissage avec des colles

Dans ce cas, une colle transparente spéciale est appliquée qui permet de joindre les deux extrémités de la fibre et cette union est protégée par un certain type de renforcement externe. Il a des pertes de 0.2 dB, mais il n'est généralement pas très fiable car la colle peut avoir tendance à se décoller à nouveau.

Épissage par fusion

Un outil appelé épisseuse à fusion est utilisé là où un travail plus délicat et précis est effectué. Dans ce travail, l'opérateur doit préalablement préparer la fibre avant d'introduire les extrémités dans cette épisseuse. Cet outil a la capacité de visualiser si les extrémités ont un agent contaminant ou si un polissage plus fin est requis, ou s'il devrait y avoir un meilleur alignement entre les fibres. Si toutes ces exigences sont remplies, alors il ne chauffe que cette zone, faisant fondre la fibre et reliant ainsi ses noyaux. Les pertes de cette épissure sont de 0.02 dB.

Atténuation dans les câbles à fibres optiques

Le terme atténuation désigne les pertes de puissance qui se produisent dans la ligne de transmission. Son unité de mesure est le décibel (dB). Dans la fibre optique, il existe différentes raisons pour lesquelles l'atténuation se produit dans le câble. Il existe deux types de pertes, qui sont la perte intrinsèque ou la perte et la perte extrinsèque.

Les atténuations intrinsèques sont celles qui sont générées par la composition chimique et d'autres facteurs de sa fabrication. C'est-à-dire les causes qui font partie de la composition même du silicium et du germanium et des procédés de fabrication des fils. Peu importe à quel point les processus peuvent continuer à s'améliorer, il ne sera pas possible d'atteindre un fil de fibre sans atténuation.

D'autre part, les atténuations extrinsèques sont celles qui sont générées par des facteurs externes, tels que les impuretés, les mauvaises connexions, le polissage incorrect de leurs profils, les joints, entre autres. Cette atténuation est ou ces pertes peuvent être classées tour à tour comme suit :

Pertes par absorption

Ce type d'atténuation se produit lorsqu'il y a présence d'impuretés à l'intérieur de la fibre. Ces impuretés absorbent ou interrompent le passage de la lumière. Cette absorption transforme généralement la lumière en énergie thermique, générant des pertes de 1 à 1000 dB/km.

Perte de Rayleigh

Lors de la fabrication de la fibre optique, il y a un instant de son refroidissement que la fibre n'est pas à l'état liquide et solide, et il est possible qu'il y ait une mauvaise application de tension lorsqu'elle est étirée, cela peut générer des irrégularités microscopiques. Ces irrégularités provoquent la diffraction des faisceaux lumineux lorsqu'ils les traversent.

Dispersion

La dispersion se produit lorsqu'il y a une variation de l'indice de réfraction et donc la lumière est réfractée d'une manière différente de celle attendue, cela se produit en raison de microfissures à l'intérieur de la fibre, de polluants ou de raisons intrinsèques de la fibre.

Dispersion intermodale

Ce type de dispersion se produit lorsqu'il y a une différence dans le temps de propagation de la lumière lorsqu'elles empruntent des chemins différents au sein du coeur de la fibre. Elle peut également être connue sous le nom de dispersion modale. Ce type de dispersion ne se produit que dans les fibres multimodes.

Dispersion chromatique du matériau : c'est le résultat des différentes longueurs d'onde de la lumière qui se propagent à des vitesses différentes à travers un milieu donné.

Dispersion chromatique du guide d'onde : Elle est fonction de la bande passante du signal d'information et la configuration du guide est généralement plus petite que la dispersion précédente et peut donc être négligée.

Pertes de rayonnement

Ces pertes sont générées par des nœuds ou des courbures dans le câble à fibre optique. Cela se produit généralement au moment de l'installation ou lorsque des courbures se produisent dans le trajet de la fibre optique.

Pertes de couplage

Lors de l'épissage ou aux points terminaux où des connecteurs sont requis, l'atténuation existera toujours. Ces atténuations sont généralement faibles, mais non négligeables. Comme lorsqu'il y a un alignement incorrect entre les noyaux, il faut cependant le corriger pour éviter le retour des ondes.

Fenêtres de travail à fibre optique

Ces fenêtres de travail nous permettent de profiter d'une partie de la bande lumineuse infrarouge du spectre électromagnétique. Dans ce cas, il s'agit de fenêtres dans lesquelles les longueurs d'onde sont de l'ordre du nanomètre. Il a été démontré à différentes occasions que lors de l'utilisation dans ces fenêtres de travail, il y a moins d'atténuation. Concrètement, il y a trois fenêtres :

1ère fenêtre de travail : la longueur d'onde est de l'ordre de neuf cent quatre vingt nanomètres.
2ème fenêtre de travail : dans ce cas la longueur d'onde est de XNUMX XNUMX nanomètres.
3ème fenêtre de travail : la longueur d'onde est de l'ordre de mille cinq cent cinquante nanomètres. Cette dernière fenêtre est divisée en bande S, bande C et bande L.

Connexions fibre optique

Il existe deux formes de connexions à fibre optique dans un système de réseau. Ces topologies sont des réseaux point à point et des réseaux point à multipoint.

Les réseaux point à point sont ceux où un nœud est généré à partir de la source de l'information directement vers les entreprises, le domicile ou les utilisateurs qui ont besoin du service. En d'autres termes, il n'y a pas d'intermédiaire ou autre nœud sur le réseau entre l'utilisateur et le service.

Les réseaux point à multipoint sont ceux qui nécessitent un séparateur ou des séparateurs optiques, similaires à ceux utilisés pour la télévision qui nous permettent de connecter différents téléviseurs même lorsque le câblodistributeur ne livre qu'un câble coaxial. Ensuite, de l'émetteur émerge une fibre optique qui divise le signal à travers les séparateurs optiques entre deux, quatre, six et jusqu'à huit utilisateurs. Dans les réseaux très étendus, l'une de ces huit divisions est prise pour incorporer un autre séparateur optique dans le réseau qui peut alimenter 8 autres utilisateurs. Cependant, ces divisions ont une limite et nécessitent des amplificateurs sur leur chemin.

Amplificateurs optiques

Ils sont toujours constitués de fibres optiques mais dans le processus de fabrication ils sont dopés avec différents composants chimiques, notamment des terres rares. L'un des amplificateurs à fibre optique les plus utilisés est le dopage à l'erbium.

Cet amplificateur est communément appelé EDFA pour son abréviation en anglais. Cet amplificateur fonctionne dans la troisième fenêtre de travail, plus précisément dans la bande C et la bande L. Cependant, il peut également fonctionner dans la bande S, mais il nécessite d'autres agents ou des composants chimiques supplémentaires.

Le gain qu'il apporte au signal optique peut aller de quinze à quarante décibels. Il se compose généralement d'une fibre optique stockée dans un boîtier rectangulaire et peut avoir dix à soixante mètres de longueur de fibre dopée.

Résumé

La fibre optique est un support de transmission qui envoie des données à travers des faisceaux de lumière. Les principes sur lesquels repose la fibre optique sont dans les lois de la géométrie optique, en particulier dans la loi de la réfraction.

À ses débuts, différentes études ont été menées qui se complètent jusqu'à ce qu'il soit possible de développer la fibre optique connue aujourd'hui. Dans ces études, il a été observé que la transparence de la fibre ou du fil d'âme était essentielle pour réduire les atténuations et atteindre les pertes minimales qu'aujourd'hui de 0.02dB/Km.

Les composants couramment fabriqués de la fibre optique sont l'oxyde de silicium et le germanium. Les composants de gainage qui recouvrent le noyau sont généralement en plastique. Vient ensuite un manteau qui apporte une rigidité mécanique qui peut être en Nylon ou en Kevlar, et enfin une gaine en plastique qui protège l'ensemble du câble et isole la fibre des agents extérieurs.

Il existe différentes méthodes de fabrication qui sont :

MCVD (dépôt chimique en phase vapeur modifié)
VAD (dépôt axial de vapeur)
OVD (dépôt extérieur en phase vapeur)
PCVD (dépôt chimique en phase vapeur plasma)

Quel que soit le type de procédé utilisé, il est courant parmi tous ceux-ci que le processus d'étirage de la préforme soit effectué.

Les applications de la fibre optique sont diverses. Dans les communications, ils sont devenus l'un des moyens ou lignes de transmission par excellence, en raison de leur grande bande passante et de la vitesse de transmission qu'il peut atteindre, et de la fiabilité ou de la sécurité des informations que ce système fournit. Dans les capteurs qui permettent de détecter des conditions ou des paramètres tels que : la température, l'humidité, la pression atmosphérique, et même pour les systèmes de sonar.

En outre, il est utilisé pour l'éclairage, comme l'endoscope flexible qui utilise la fibre optique comme moyen de guidage de la lumière afin d'éclairer les organes et de pouvoir effectuer des chirurgies moins invasives ou plus précises de manière plus confortable. De même, pour les effets décoratifs tels que les arbres de Noël.

Il est possible de changer les couleurs qu'une fibre optique affiche ou réfléchit en faisant varier la longueur d'onde ou la fréquence qui la traverse.

Certains des avantages les plus importants de la fibre optique et de ses utilisations sont sa bande passante, la vitesse de transmission que les données peuvent atteindre, l'immunité électromagnétique, la réduction de l'espace et du poids occupés et la sécurité élevée des informations.

Bien qu'en revanche il s'agisse d'une technologie plus avancée, et donc plus coûteuse, l'installation et la maintenance sont plus complexes que les systèmes conventionnels, ils sont extrêmement fragiles et peu tolérants aux températures, à l'humidité, aux vibrations et à l'allongement.

Il existe deux types d'optiques selon la quantité de bruit ou les modes qu'elles peuvent transmettre.

Les fibres multimodes sont celles qui peuvent envoyer différentes longueurs d'onde simultanément à travers différents modes, d'où leur nom. Par rapport aux fibres monomodes, les fibres multimodes ont un cœur plus grand et l'indice de réfraction entre le cœur et la gaine diffère, mais seulement légèrement. Ainsi, les ondes voyagent dans le noyau en rebondissant sur les parois du noyau. Ils sont utilisés pour des routes ou des réseaux de courte distance. Il est généralement identifié car la veste extérieure est généralement orange.

Les fibres monomodes sont celles qui n'ont qu'un seul chemin de transmission et leur cœur est plus petit que les fibres multimodes. Le mode de transmission est généralement l'axe central du noyau, car il rebondit à de très grands angles. Ils sont généralement différents du multimode car ils utilisent une gaine extérieure jaune.

Maintenant, selon sa conception, il existe également deux types. Les fibres optiques à structure lâche sont celles dans lesquelles les brins de fibre optique sont lâchement à l'intérieur des tubes à travers lesquels ils sont guidés. Ce tube peut être creux ou avoir un matériau hydrophobe à l'intérieur, de sorte qu'il sert de protection à la fibre optique contre l'humidité.

En revanche, les câbles à structure serrée consistent en l'assemblage de plusieurs brins de fibres optiques recouverts individuellement d'un manteau et d'une gaine. Ces fils entourent une pièce centrale et cet ensemble est à son tour protégé par une couche externe.

Dans un système de communication à fibre optique, certains composants sont nécessaires au succès de la transmission. Parmi ces composants figurent des émetteurs optiques tels que des LED ou des lasers, des convertisseurs opto-électriques chargés de transformer les signaux électriques en optiques à envoyer à travers la fibre et plus tard de reconvertir les signaux optiques reçus en signaux électriques. .

Il y a aussi les détecteurs optiques qui sont :

PIN
APD
silicium
germanium
Autres matériaux

Les types de polissage dépendront des connecteurs qui se trouvent aux extrémités de la fibre optique, ils peuvent être classés selon leur type de polissage.

Plate
PC (contact physique)
CPS (SuperPC)
CUP (Ultra PC)
UPC amélioré
APC (PC coudé)

Les connecteurs sont les éléments qui permettent de connecter la fibre optique à l'équipement terminal. Les connecteurs couramment utilisés dans la fibre optique, en particulier pour les réseaux locaux, sont les connecteurs ST, LC, FC et SC.

Épissure mécanique : ce type d'épissure est constitué d'une sorte de manchon où les deux fibres sont introduites et une torsion mécanique est réalisée pour joindre les deux âmes. Les pertes liées à ce temps d'épissure sont de l'ordre de 0,5 dB.

Épissage avec des colles : dans ce cas, une colle transparente spéciale est appliquée qui permet de joindre les deux extrémités de la fibre et ce joint est protégé par un certain type de renfort externe. Il a des pertes de 0.2 dB, mais il n'est généralement pas très fiable car la colle peut avoir tendance à se décoller à nouveau.

Épissage par fusion : L'épisseur a la capacité de visualiser si les extrémités ont un agent contaminant ou si un polissage plus fin est requis, ou s'il devrait y avoir un meilleur alignement entre les fibres. Ensuite, il ne chauffe que cette zone, faisant fondre la fibre et rejoignant ainsi ses noyaux. Les pertes de cette épissure sont de 0.02 dB.

Il existe des éléments qui assurent le support dans la structure et le renforcement du câble à fibre optique. Les éléments structurels qui servent de guide central pour le chemin que doit suivre la fibre optique. La fibre optique est soit répartie le long de cette structure, soit tressée autour d'elle. Généralement, ces structures comportent des canaux ou des rainures qui servent de guide supplémentaire pour la fibre optique.

Les éléments de renfort apportent un renfort supplémentaire au câble à fibres optiques afin de l'isoler des efforts de traction auxquels il peut être soumis et, de plus, il n'y a pas d'allongement important qui pourrait générer des ruptures dans les âmes.

Dans les atténuations extrinsèques il y a plusieurs causes, qui sont :

Pertes par absorption
Perte de Rayleigh
Dispersion
Pertes de rayonnement
Pertes de couplage

Conclusions

La fibre optique est une ligne de transmission qui a permis une plus grande vitesse et efficacité dans la transmission des données aujourd'hui. Même si c'est une technologie qui doit aller loin pour pouvoir remplacer les systèmes conventionnels, elle reste parfois la meilleure option pour les communications.

Cependant, la fibre optique est un type de technologie coûteux par rapport aux systèmes conventionnels car elle nécessite des équipements et des outils optiques qui ont tendance à être plus chers. Cela nécessite également une formation appropriée pour pouvoir travailler avec la fibre optique. De plus, sa pose est généralement un procédé très délicat, et la présence de cassures dans la fibre pourrait générer des pertes considérables si elle n'est pas traitée à temps. De plus, certains équipements doivent encore être développés pour que la technologie et le système soient totalement optiques, car, par exemple, il n'y a toujours pas de mémoires optiques.

Il est courant que les réseaux de fibre optique disposent de systèmes de secours tels que l'anneau ou la double anneau, ce qui permet qu'en cas d'incidents, les informations puissent voyager dans une autre direction, afin d'éviter l'interruption du service pendant une longue période tout en la situation est résolue.

Les systèmes à fibre optique sont très fiables car il est pratiquement impossible de pénétrer dans le réseau sans être détecté ou sans interrompre la transmission des données. C'est pourquoi il est fréquent de voir des fibres optiques installées sous l'eau entre pays alliés, où elles transmettent des informations sensibles et secrètes.

Ce qui distingue la fibre optique des autres supports en débit de données et en capacité de transmission. De plus, il garantit une perte minimale d'informations du fait qu'il a très peu d'atténuation dans son élément principal, ce qui rend inutile l'installation d'autant d'équipements de restauration et d'amplification au sein du système. L'information circulant à la vitesse de la lumière, on a pu constater une migration considérable des grandes entreprises vers ce type de technologie.