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RÉSUMÉ
La technologie des fibres optiques a considérablement évolué depuis ses débuts. Les pertes d’atténuation par absorption et par diffusion restent à ce jour les seules limitatives dans les transmissions de longue distance, le cas notamment des applications en télécommunications terrestres et sous-marines. L’article distingue les deux types de fibres optiques : les fibres multimodes (à saut d’indice ou à gradient d’indice) et les fibres monomodes. Leurs méthodes de caractérisation et leurs domaines d’utilisation sont différents, la transmission multimode n’étant retenue que pour les applications bas de gamme.
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Philippe DUPONT : Chef du service Mesures et Contrôle à la division Recherches et Développement d’Alcatel Fibres optiques
INTRODUCTION
Depuis 1973, la technologie des fibres optiques a connu d’énormes progrès. L’atténuation linéique minimale est passée de 10 dB/km à 0,16 dB/km (record fin 1984), en même temps que la plage optimale de longueur d’onde s’est déplacée de 800-900 nm à 1 300 nm, 1 550 nm puis jusqu’à 1 675 nm.
L’utilisation de hauts débits a mis l’accent sur les propriétés de dispersion chromatique et de dispersion de polarisation mais, avec la réalisation de diodes laser très pures spectralement, le facteur limitatif redevient l’atténuation pour les liaisons de type transmissions à longue distance.
Les applications des fibres optiques sont de plus en plus nombreuses et diversifiées. On les trouve principalement dans les liaisons pour les télécommunications :
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liaisons terrestres et sous-marines (grandes distances),
mais aussi dans des applications plus originales comme dans les domaines suivants :
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amplification optique ;
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fibres à maintien de polarisation ;
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liaisons aviation (gain de poids, insensibilité aux parasites électromagnétiques) ;
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armement, filo-guidage ;
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informatique et bureautique ;
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vidéosurveillance ;
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automobile (réseaux, signalisation) ;
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automates ;
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éclairage (binoculaire...) ;
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capteurs : température, déplacement, pression, intensité, haute tension... ;
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conducteur d’énergie (laser 1 060 nm) ;
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endoscopie, endochirurgie.
Les performances étonnantes des fibres optiques nécessitent, pour la caractérisation, des bancs de mesure très précis. Mesurer l’atténuation 3 avec une incertitude de quelques centièmes de dB/km ou la dispersion 4 à 1 ps · nm–1 · km–1 près demande du soin et souvent l’élaboration de nouvelles techniques de mesure. Après un bref rappel des diverses propriétés des fibres optiques et des procédés de fabrication 1, nous détaillerons les méthodes de mesure les plus employées et/ou les plus performantes. Nous n’avons pas ici la place nécessaire pour faire une revue exhaustive de toutes les méthodes, qui peuvent découler souvent d’un principe commun. Pour plus d’information, les lecteurs trouveront une bibliographie sommaire à la fin de cet article. Précisons enfin que seule l’optique linéaire sera abordée.
Le lecteur pourra également se reporter aux articles [49] [50] dans les Techniques de l’Ingénieur.
La grande majorité des mesures sur les fibres optiques sont décrites dans les normes IEC 60793.
Cet article est la nouvelle édition actualisée du texte rédigé précédemment par :
Michel MONERIE, ancien élève de l’École polytechnique, ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications.
Pierre SANSONETTI, ancien élève de l’École polytechnique, ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications.
Jean-Claude BIZEUL.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1985 par Michel MONERIE, Pierre SANSONETTI
- Version archivée 2 de juil. 1992 par Jean-Claude BIZEUL
- Version courante de déc. 2018 par Pierre LECOY
DOI (Digital Object Identifier)
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Mesures de dispersion3. Mesures d’atténuation
Les pertes d’atténuation des fibres se divisent en deux catégories :
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pertes par absorption ;
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pertes par diffusion.
Les phénomènes d’absorption vont provoquer une élévation de température, alors que les phénomènes de diffusion redistribuent l’énergie contenue dans la fibre dans d’autres directions. Nous allons donc pouvoir mesurer séparément les pertes par absorption et par diffusion.
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Pour mesurer les pertes par absorption, on peut utiliser des méthodes calorimétriques. Le principe est celui des expériences de calorimétrie classique. Il faut injecter suffisamment d’énergie lumineuse dans la fibre à mesurer pour que le phénomène d’échauffement soit observable. Il ne faut cependant pas en injecter trop pour ne pas produire d’effets non linéaires, tels que le Raman, le Brillouin ou le mélange à quatre photons, qui créeraient des longueurs d’onde indésirables.
L’étalonnage du calorimètre est simple : il suffit de remplacer la fibre par une résistance dont on connaît parfaitement les caractéristiques de dissipation de chaleur.
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Pour mesurer les propriétés de diffusion, on peut utiliser soit une sphère intégratrice, soit un cube intégrateur détecteur.
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Le principe de la sphère intégratrice est de mettre une fibre dans une sphère dont la surface intérieure doit être un diffuseur parfait et avoir une forte réflectivité qui ne dépende pas de la longueur d’onde. Un photodétecteur est placé à un endroit de la sphère et l’énergie qu’il va enregistrer est une mesure de l’énergie totale qui a quitté la fibre. Une dernière condition est que tout rayon lumineux arrivant sur le photodétecteur doit avoir été réfléchi sur la surface intérieure de la sphère. Pratiquement, il est très difficile d’avoir une réflectivité indépendante de la longueur d’onde, et la sphère doit alors être calibrée. Pour empêcher qu’un rayon non réfléchi n’arrive sur le photodétecteur, on met un écran entre la fibre et le photodétecteur.
Le revêtement plastique de la fibre doit, bien sûr, être enlevé pour de telles mesures.
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Une autre mesure utilise un cube...
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