Présentation
RÉSUMÉ
Cet article porte sur les fibres optiques multimodales à gradient d'indice, utilisées dans les domaines de l'électronique numérique et des radiofréquences, au sein de réseaux locaux. Cette présentation décrit les matériaux et les procédés de fabrication de ces fibres optiques multimodales en verre et plastique. Sont détaillées ensuite leurs caractéristiques physiques et leurs performances système, en perpétuelle progression, tout particulièrement celles obtenues en termes d'affaiblissement linéique et de bande passante optique.
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This article deals with multimode gradient index optic fibers, used in the fields of digital electronics and radio frequencies within local networks. The materials and manufacturing processes of these multimode glass and plastic optical fibers are then described. To conclude, this article details their physical characteristics and system performance which are in constant development, especially those obtained in terms of by linear attenuation and optical bandwidth.
Auteur(s)
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Christophe Lethien : Docteur en microélectronique et microtechnologie (Université de Lille 1) - Enseignant – Chercheur de l'Université de Lille 1 (Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, IEMN UMR CNRS 8520)
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Christophe Loyez : Docteur en microélectronique et microtechnologie (Université de Lille 1) - Chargé de recherche CNRS (Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, IEMN UMR CNRS 8520)
INTRODUCTION
Les fibres optiques multimodales (FOM) utilisables pour des applications multiservices présentent d'importantes potentialités au sein de réseaux locaux (entreprise, maison particulière...). La majorité des réseaux locaux intrabâtiments est basée sur l'utilisation de la fibre optique multimodale en verre pour des applications numériques haut débit (10 Gbps) couvrant des distances avoisinant les quelques centaines de mètres (< 300 m). De plus, la demande en terme de bande passante de transmission au sein d'un réseau local s'accroît continuellement, majoritairement à cause de l'explosion générée par l'échange de flux de données numériques de capacité importante (musique, vidéo, fichier de données) et du débit de transmission en perpétuelle augmentation. Le déploiement du concept « multiple play » au travers du « Fiber To The Home (FTTH) » (données, téléphonie, TV, vidéo à la demande...) proposé par la majorité des fournisseurs d'accès internet démontre la nécessité de disposer de milieux de propagation adéquats, c'est-à-dire capable de répondre aux besoins en terme de bande passante et en terme de multiservices.
Les fibres multimodales en verre et en plastique semblent répondre à ces différents besoins car, d'une part, elles présentent des capacités intéressantes en bande passante et ce, à plusieurs longueurs d'onde compatibles avec les composants de télécommunication optiques (passifs ou actifs) disponibles sur l'étagère. D'autre part, elles sont plus facilement manipulables et la connectique est moins critique que pour les fibres optiques monomodes, dont le champ d'application est plutôt dédié aux transmissions longues distances qu'aux communications intra-bâtiments. La grande souplesse de manipulation de ces fibres multimodales en fait un candidat idéal au développement du concept « Do It Yourself (DIY) » où chaque abonné FTTH aurait la possibilité de réaliser son propre réseau fibré.
Les différents procédés de fabrication de ces fibres optiques multimodales en verre et plastique seront présentés et tout particulièrement les performances obtenues en termes d'affaiblissement linéique et de bande passe optique. En effet, de nouvelles fibres optiques multimodales en verre à bande passante optimisée ont été créées par plusieurs fabricants dans le but de répondre à la demande générée par la transmission de signaux numériques à haut débit (10 Gbps) sur des distances inférieures au kilomètre. Des produits bande passante – longueur de transmission (Bandwidth Length product ; BL) supérieurs à 6 GHz.km ont été obtenus sur ces FOM en verre et les procédés de fabrication sont maintenant connus et maîtrisés pour obtenir des verres de grande pureté et présentant des profils d'indice de réfraction optimisés. Ces FOM présentent un bon compromis entre les coûts de fabrication et les performances obtenues. Néanmoins, une nouvelle génération de FOM en plastique est née dans le but de réduire de manière conséquente les coûts de connectique de réseaux fibrés. Elles utilisent des matériaux plus flexibles et moins cassants que le verre au détriment d'une moins grande pureté. Le Plexiglas PMMA (PolyMethylMethAcrylate) et le fluoro-polymère CYTOPTM (CYclic Transparent Optical Polymer) sont les matériaux les plus communément utilisés dans la communauté des FOM en plastique. Des FOM en plastique sont disponibles chez deux fabricants. Ces FOM possèdent des propriétés remarquables en bande passante mais leur fort affaiblissement linéique (quelques dizaines de dB/km) les confine à des applications domestiques (type maisons particulières ou bureaux de grandes entreprises) où leur grande faculté de manipulation renforcerait le concept DIY sur des distances de l'ordre de la centaine de mètres. Ces FOM en verre ou en plastique sont majoritairement utilisées pour des applications dans le domaine des transmissions numériques. Nous démontrerons dans cet article qu'elles peuvent rendre bon nombre de services dans le cadre de déploiement de systèmes mixtes fibre/radio.
La notion de système mixte fibre/radio est née de la rencontre entre les domaines de l'optique fibrée et des radiofréquences. La niche que représentent les systèmes de transmissions fibre/radio à base de FOM permet en outre d'améliorer la couverture radio de signaux sans fils (mobiles GSM, UMTS ; réseaux Wifi, Bluetooth ; déploiement de réseaux personnels Ultra-Large Bande...) à l'intérieur de bâtiments. Elle présente par ailleurs les potentialités nécessaires pour assurer la couverture de signaux radiofréquences au sein de zones d'ombre occultant leur bonne propagation. Au sein d'un système de transmission mixte fibre/radio pour une application intra-bâtiment, le signal radiofréquence se propage d'un terminal central vers une multitude de points d'accès optiquement distribués. Nous présenterons dans cet article les différentes topologies existantes pour déployer ce type de systèmes pour des applications commerciales et militaires.
Cet article tentera de couvrir plusieurs champs d'applications des fibres optiques multimodales principalement à gradient d'indice. Après une description des principales fibres optiques multimodales en verre et en plastique disponibles sur le marché des télécommunications, nous focaliserons sur des applications ayant trait tout d'abord au domaine des communications optiques numériques pour ensuite présenter une synthèse non exhaustive des systèmes de transmission mixtes fibre/radio répondant à la demande industrielle. Un état de l'art des travaux de recherche au travers de la communauté scientifique propre à ces systèmes de transmission sera par ailleurs effectué, synthèse couvrant des applications du domaine micro-ondes jusqu'aux gammes millimétriques.
VERSIONS
- Version courante de juin 2024 par Laurent BIGOT, Yves QUIQUEMPOIS
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Présentation
4. Conclusion
Cet article synthétise les caractéristiques techniques des FOM en verre et en plastique disponibles sur le marché des télécommunications. Nous avons démontré qu'elles pouvaient répondre à la demande de deux applications majeures propres aux réseaux numériques hauts débits et aux systèmes de transmission de type radio sur fibre.
Il apparaît que les performances en bande passante des FOM en verre sont en perpétuelle augmentation aux deux longueurs d'onde classiquement utilisées dans le domaine des télécommunications optiques sur FOM. Les applications des FOM en verre sont nombreuses pour des distances inférieures ou de l'ordre du kilomètre et des débits numériques proches de 10 Gbps.
Les FOM en plastique fluoré semblent s'intégrer dans une niche représentée par les réseaux locaux/domestiques de courtes distances (≈ 100 m). En fait, ces FOM en résine fluorée présentent des performances en bande passante modale semblables à celles obtenues sur FOM en verre OM2 voire OM3 mais sont pénalisées par leur fort affaiblissement linéique qui réduit le bilan de puissance optique disponible dans la liaison. Néanmoins, leur souplesse d'utilisation et leur facilité de connexion renforcent le concept DIY pour l'installation d'un réseau optique chez les particuliers pour la distribution de multiservices (TV, données, voix, video à la demande...).
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MILLER (S.E.), CHYNOWETH (A.C.) - Optical Fiber Telecommunications, - Academic press Inc., (1979).
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(2) - LETHIEN (C.), LOYEZ (C.), VILCOT (J.-P.) and GOFFIN (A.) - Differential Mode Delay measurements of the fluorinated based Graded Index Polymer Optical Fibre, - IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 20, No. 18, pp 1584 – 1586, (2008).
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(3) - KUYT (G.), PLEUNIS (P.), VAN BERGEN (A.), and VAN LAERE (R.) - PCVD graded index multimode fibers for gigabit speed datacom applications using laser sources, - in procedings of EuroCable, pp. 222-229, (1999).
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(5) - KOIKE (K.) and KOIKE (Y.) - Design of Low-loss Graded Index Plastic Optical Fibre Based on Partially Fluorinated Methacrylate Polymer, - IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 27, No. 1, pp 41-46, (2009).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Optical fibres – Part 2-10: Product specifications – Sectional specification for category A1 multimode fibres ; NF EN (avril 2008) - IEC 60793-2-10 - 6-2007
-
ISO 11801 – Information technology – Generic cabling for customer premises - ISO 11801 - 9-2002
-
Product specifications – Sectional specification for category A4 multimode fibres, 2nd edition ; NF EN (avril 2008) http://webstore.iec.ch/webstore/webstore.nsf/artnum/035855 - IEC 60793-2-40 - 3-2006
-
Differential Mode Delay Measurement of Multimode fibre in the time domain - TIA-455-220-A - 1-2003
-
Detail Specification for 62.5-Micrometer Core Diameter/125-Micrometer Cladding Diameter Class Ia Graded-Index Multimode Optical Fibers - TIA 492AAAA - 1-1998
-
Detail Specification for 50-Micrometer Core Diameter/125-Micrometer Cladding Diameter Class Ia Graded-Index Multimode Optical Fibers - TIA 492AAAB - 11-1998
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Detail Specification for 850-nm Laser-Optimized, 50-mm Core Diameter/125-mm Cladding Diameter Class Ia Graded-Index Multimode Optical Fibers - ...
ANNEXES
Fabricant de fibres optiques multimodales en verre http://www.corning.com/opticalfiber/
Fabricant de fibres optiques multimodales en verre http://www.draka.com/draka/lang/en/nav/Markets/Communications/Optical_fiber/index.jsp
Fabricant de fibres optiques multimodales en verre http://www.ofsoptics.com/fiber/
Fabricant de fibres optiques multimodales en plastique http://www.chromisfiber.com/
Fabricant de fibres optiques multimodales en plastique http://www.agc.co.jp/english/rd_e/e_lucina1.html
Laboratoires français :
Institut d'Electronique, de Microélectronique et de nanotechnologie UMR CNRS 8520, Université de Lille 1, http://www.iemn.univ-lille1.fr/
Institut de Recherche sur les Composants logiciels et matériels pour l'Information et la Communication Avancée (IRCICA) CNRS FR 3024, Université de Lille 1, http://www.ircica.univ-lille1.fr/
L'Institut de Microélectronique Electromagnétisme et Photonique et le LAboratoire d'Hyperfréquences et de Caractérisation, IMEP-LAHC UMR CNRS 5130, http://imep-lahc.grenoble-inp.fr/41856973/0/fiche___pagelibre/
Laboratoires internationaux :
Université du Kent (Royaume Uni), http://www.eda.kent.ac.uk/
Université des Technologies, Eindhoven, http://w3.ele.tue.nl/en/
University College of London, http://www.ucl.ac.uk/
International Organization for Standardization,...
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