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1 - NOTIONS ESSENTIELLES SUR LES FIBRES OPTIQUES

2 - MESURE DES PARAMÈTRES STRUCTURELS DES FIBRES OPTIQUES

3 - MESURE DE L’ATTÉNUATION DES FIBRES OPTIQUES

4 - MESURES DE DISPERSION

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : R1177 v4

Glossaire
Mesures sur fibres optiques

Auteur(s) : Pierre LECOY

Relu et validé le 14 déc. 2021

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Apparue dans les réseaux au début des années 1980, la technologie des fibres optiques a atteint la maturité industrielle avec plusieurs centaines de millions de km fabriqués par an. Elle continue à évoluer pour supporter des débits de plus en plus élevés: 400 Gbit/s par longueur d’onde et plusieurs dizaines de Tbit/s par fibre grâce au multiplexage en longueur d’onde. Les mesures des paramètres structurels et des performances des fibres en atténuation et en dispersion doivent donc être de plus en plus précises et reproductibles. Le but de cet article est de bien définir ces différents paramètres et de décrire les méthodes de mesure actuellement utilisées dans l’industrie et les réseaux.

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Auteur(s)

  • Pierre LECOY : Professeur Centrale Supelec, président du Club « Fibres Optiques et Réseaux » de la SFO - Chercheur au laboratoire ETIS (UMR8051) ENSEA/UCP, Cergy-Pontoise, France

INTRODUCTION

Utilisant le principe, connu depuis fort longtemps, des fontaines lumineuses, les fibres optiques, minces cheveux de verre très transparents, ont fait l’objet d’applications décoratives, puis plus utilitaires (éclairage, endoscopie), avant de connaître, depuis la fin des années 1970, un développement spectaculaire dans le domaine des télécommunications. Déjà proposé par les théoriciens (Charles Kao en 1966, qui a obtenu pour cela le prix Nobel de physique en 2009), ce développement a été rendu possible grâce à la maîtrise des diodes laser à semi-conducteurs, aux progrès dans la technologie de fabrication des fibres optiques, permettant une très faible atténuation et une résistance mécanique suffisante, et à la mise au point de câbles, connecteurs, composants passifs et procédés de raccordement.

Successivement, l’introduction des techniques de multiplexage en longueur d’onde, d’amplification optique, de commutation optique, de transmission cohérente et de multiplexage de polarisation, en attendant le multiplexage de modes, ont permis de faire exploser les capacités de transmission et d’accompagner le déploiement de l’internet, les débits par fibre étant passés en 30 ans de 560 Mbit/s (liaison transatlantique TAT8 en 1988) à plusieurs dizaines de Tbit/s.

Possédant des qualités inégalées en termes d’atténuation (la limite théorique des 0,16 dB/km à 1 550 nm étant pratiquement atteinte depuis des années) et de bande passante, les fibres optiques possèdent aussi des qualités remarquables de faible poids, de souplesse, de non-corrosion, d’isolation électrique et surtout d’insensibilité aux perturbations électromagnétiques, donc de sécurité, qui ont permis des applications dans des domaines très variés. À côté des applications spectaculaires que sont d’une part les liaisons sous-marines (plus d’un million de km de câbles assurant plus de 98 % du trafic mondial) et d’autre part les réseaux FTTH (fiber to the home, plusieurs centaines de millions d’abonnés dans le monde) sans oublier les réseaux terrestres où elles ont supplanté les autres supports, les fibres optiques se déploient massivement dans les réseaux locaux d’entreprises ou les réseaux embarqués (réseaux où les fibres multimodes restent utilisées). Et loin d’être concurrencées par les réseaux de mobiles, elles jouent un rôle essentiel dans le déploiement des antennes des réseaux 4G et 5G. Enfin, il a été constaté que l’introduction des fibres optiques réduit sensiblement la consommation d’énergie par le réseau.

Mais les qualités des fibres leur ouvrent d’autres applications dans des domaines plus variés : automobile, aéronautique, médecine, robotique, automatisme, éclairage, imagerie (endoscopie), transport de faisceaux laser même de forte puissance. Notamment, l’instrumentation et les capteurs à fibres optiques sont sortis des laboratoires et sont largement utilisés en génie civil, surveillance des ouvrages, avionique, médecine, nucléaire, analyses physico-chimiques, etc.

Toutes ces applications ont naturellement nécessité une normalisation progressive des fibres optiques, principalement sous l’égide de l’Union internationale des télécommunications, mais aussi des méthodes de mesure de leurs paramètres, en commençant par une définition précise de ceux-ci, ce qui ne s’est pas toujours fait sans de longues discussions entre les acteurs (fabricants et utilisateurs de fibres et d’appareil de mesures, opérateurs, organismes de normalisation, autorités de régulation…). L’objet de cet article est d’expliquer ces problématiques et les solutions pratiquées industriellement.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v4-r1177


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6. Glossaire

Dispersion chromatique ; Chromatic Dispersion

Étalement dans le temps des impulsions au long de la propagation dans une fibre optique, due à la dépendance du temps de propagation à la longueur d’onde. Par raccourci, désigne aussi le coefficient de dispersion chromatique en ps.(km.nm)–1.

DGD (Differential Group Delay)

Différence de temps de propagation entre les deux polarisations dans une fibre monomode. Se mesure en ps.km–1.

DMD (Differential Mode Delay)

Différence de temps de propagation entre les différents modes de propagation d’une fibre multimode. Selon les spécifications, ce peut être entre modes extrêmes ou entre modes voisins. Se mesure en ps.m–1.

DSF (Dispersion Shifted Fiber)

Fibre monomode dont la longueur d’onde de dispersion nulle est décalée vers la fenêtre des 1 500 nm, au lieu d’être située vers 1 310 nm comme dans une fibre standard.

Gradient d’indice ; Graded-index

Structure de fibre optique multimode dans laquelle l’indice du cœur décroît continûment de l’axe à la périphérie. S’emploie aussi pour certaines structures de lentilles.

LDV (Link Design Value)

Valeur maximale de la PMD mesurée sur une liaison, ne devant être dépassée qu’avec une très faible probabilité.

Longueur d’onde de coupure ; Cut-off Wavelength

Longueur d’onde au-dessus de laquelle une fibre optique devient monomode. Elle correspond à la coupure des modes d’ordre supérieur.

MFD (Mode Field Diameter)

Diamètre du mode guidé dans une fibre monomode, estimé en approximation gaussienne. Légèrement supérieur au diamètre du cœur, augmente avec la longueur d’onde.

OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry)

Méthode de mesure des paramètres de réflexion et d’atténuation d’une fibre optique, dans laquelle la localisation de ces paramètres se fait par l’intermédiaire d’une fréquence de battement, la fréquence optique du laser étant modulée par une rampe.

OTDR (Optical Time Domain Reflectometry)

Méthode de mesure des paramètres de réflexion et d’atténuation d’une fibre optique, dans laquelle la localisation de ces paramètres se fait par le temps aller-retour d’une impulsion modulant le laser.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MUR (J.M.) -   Les fibres optiques, notions fondamentales.  -  Éditions ENI (2015).

  • (2) - LECOY (P.) -   Communications par fibres optiques.  -  Hermès-Lavoisier (2015).

  • (3) - JEUNHOMME (L.) -   Single-mode fiber optics.  -  Dekker (1993).

  • (4) - MICHALZIK (R.) -   VCSELs, fundamentals, technology and applications of vertical cavity surface emitting lasers.  -  Springer (2013).

  • (5) - LAUDE (J.P.) -   Dense wavelength division multiplexing.  -  Artech (2002).

  • (6) - SNYDER (A.), LOVE (J.) -   Optical waveguide theory.  -  Chapman & Hall (1983).

  • ...

1 Outils logiciels

Optisystem 15.0 d’Optiwave ( https://optiwave.com) : simulation de liaisons sur fibres optiques

Comsol Multiphysics ( https://www.comsol.fr) : modélisation et simulation de dispositifs optiques passifs et actifs

HAUT DE PAGE

2 Sites Internet

Fiber Systems : https://www.fibre-systems.com

Lightwave Direct : https://www.lightwaveonline.com

Photonics news : http://optics.org/

HAUT DE PAGE

3 Événements

Congrès de la Société Française d’Optique, toutes les années paires en France (2018 : Toulouse) : http://www.sfoptique.org/

ECOC (European Conference on Optical Communications), tous les ans en Europe (2018 : Rome) : ...

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