Connaissances de base sur les fibres optiques et les câbles optiques

1. Décrivez brièvement la composition de la fibre optique.

Répondre: La fibre optique se compose de deux parties principales : le cœur et le revêtement en matériaux optiques transparents, ainsi que la couche de revêtement.

2. Quels sont les paramètres de base des caractéristiques de transmission par fibre optique ?

Répondre: Ils comprennent l'atténuation, la dispersion, la bande passante, la longueur d'onde de coupure, le diamètre du champ modal, etc.

3. Quelles sont les causes de l’atténuation de la fibre optique ?

Répondre: L'atténuation désigne la réduction de puissance optique entre deux sections d'une fibre et dépend de la longueur d'onde. Les principales causes d'atténuation sont la diffusion, l'absorption et les pertes optiques dues aux connecteurs et aux épissures.

4. Comment est défini le coefficient d’atténuation de la fibre optique ?

Répondre: Elle est définie comme l'atténuation par unité de longueur (dB/km) d'une fibre uniforme dans des conditions de régime permanent.

5. Qu'est-ce que la perte d'insertion ?

Répondre: La perte d'insertion fait référence à l'atténuation causée par l'insertion de composants optiques (tels que des connecteurs ou des coupleurs) dans la ligne de transmission optique.

6. De quoi dépend la bande passante de la fibre optique ?

Répondre: La bande passante d'une fibre optique désigne la fréquence de modulation à laquelle l'amplitude de la puissance optique diminue de 50% (soit 3 dB) par rapport à l'amplitude à fréquence nulle de la fonction de transfert de la fibre. La bande passante de la fibre est approximativement inversement proportionnelle à sa longueur ; le produit bande passante-longueur est une constante.

7. Combien de types de dispersion de fibre optique existe-t-il et de quoi dépend-elle ?

Répondre: La dispersion des fibres désigne l'élargissement du temps de propagation de groupe au sein d'une fibre, incluant la dispersion modale, la dispersion du matériau et la dispersion du guide d'ondes. Elle dépend à la fois de la source lumineuse et des caractéristiques de la fibre.

8. Comment est décrite la caractéristique de dispersion de la propagation du signal dans la fibre ?

Répondre: On peut le décrire à l'aide de trois quantités physiques : l'élargissement de l'impulsion, la bande passante de la fibre et le coefficient de dispersion de la fibre.

9. Quelle est la longueur d'onde de coupure ?

Répondre: Il s'agit de la longueur d'onde la plus courte à laquelle seul le mode fondamental peut se propager dans la fibre. Pour une fibre monomode, la longueur d'onde de coupure doit être inférieure à la longueur d'onde de fonctionnement.

10. Comment la dispersion des fibres affecte-t-elle les performances des systèmes de communication optique ?

Répondre: La dispersion provoque l’élargissement des impulsions optiques pendant la transmission, ce qui affecte le taux d’erreur binaire, la distance de transmission et la vitesse du système.

11. Quelle est la méthode de rétrodiffusion ?

Répondre: La méthode de rétrodiffusion mesure l'atténuation le long de la fibre. La majeure partie de la lumière se propage vers l'avant, mais une petite partie est diffusée vers l'arrière. En observant le signal rétrodiffusé à l'aide d'un séparateur à la source, on peut mesurer la longueur de la fibre, l'atténuation, les irrégularités locales, les points de rupture et les pertes dues aux épissures et aux connecteurs.

12. Quel est le principe et la fonction d’un OTDR ?

Répondre: L'OTDR (réflectomètre optique temporel) fonctionne selon le principe de la rétrodiffusion et de la réflexion de Fresnel. Il utilise la lumière rétrodiffusée pour obtenir des informations sur l'atténuation. L'OTDR mesure l'atténuation de la fibre, les pertes d'épissure, la localisation des défauts et la répartition des pertes le long de la fibre, des paramètres essentiels pour l'installation, la maintenance et la surveillance des fibres. Les paramètres clés incluent la plage dynamique, la sensibilité, la résolution, le temps de mesure et les zones mortes.

13. Qu'est-ce que la zone morte OTDR ? Son impact et sa gestion ?

Répondre: Des zones mortes se produisent lorsque les réflexions provenant de connecteurs actifs ou d'épissures mécaniques saturent le récepteur OTDR, créant des régions où les événements ne peuvent pas être résolus.

Il existe deux types de zones mortes :

• Zone morte de l'événement : Distance entre le début du pic de réflexion et le point où le récepteur OTDR est saturé.
• Zone morte d'atténuation : Distance entre le début du pic de réflexion et le point où d'autres événements peuvent être détectés.

Une zone morte plus petite est préférable. Les zones mortes augmentent avec la largeur d'impulsion. Les impulsions étroites sont utilisées pour mesurer les événements proches ; les impulsions larges pour les mesures de fibres distantes.

14. L'OTDR peut-il mesurer différents types de fibres ?

Répondre: L'utilisation d'un OTDR monomode sur une fibre multimode, ou inversement, peut produire une longueur de fibre correcte, mais des pertes de fibre, d'épissure et de retour incorrectes. Adaptez toujours l'OTDR au type de fibre.

15. À quoi font référence « 1310 nm » ou « 1550 nm » dans les instruments de test de fibres ?

Répondre: Elles font référence à la longueur d'onde du signal optique. Les communications par fibre optique utilisent généralement des longueurs d'onde dans le proche infrarouge (800-1700 nm). Les longueurs d'onde courtes (850 nm) et longues (1310, 1550 nm) sont couramment utilisées.

16. Quelles longueurs d'onde présentent une dispersion et une perte minimales dans les fibres commerciales ?

Répondre: 1310 nm présente une dispersion minimale ; 1550 nm présente une perte minimale.

17. Comment les fibres sont-elles classées en fonction du profil de l’indice de réfraction du cœur ?

Répondre: Fibres à saut d'indice (bande passante étroite, adaptées aux communications à courte distance et à faible capacité) et fibres à gradient d'indice (bande passante plus large, adaptées aux communications à moyenne/grande capacité).

18. Comment les fibres sont-elles classées selon les modes transmis ?

Répondre: Fibres monomodes (cœur ~1–10 μm, transmet uniquement le mode fondamental, adaptées aux longues distances à haute capacité) et fibres multimodes (cœur ~50–60 μm, transmet plusieurs modes, performances inférieures).

19. Qu'indique l'ouverture numérique (NA) de la fibre à saut d'indice ?

Répondre: L'ouverture numérique (NA) indique la capacité de la fibre à collecter la lumière. Une ouverture numérique plus grande signifie une capacité de collecte de lumière plus élevée.

20. Qu'est-ce que la biréfringence dans une fibre monomode ?

Répondre: Il existe deux modes de polarisation orthogonaux. Lorsque la fibre n'est pas parfaitement cylindrique, la différence d'indice de réfraction des deux modes constitue la biréfringence.

21. Structures courantes de câbles optiques ?

Répondre: Structures squelettiques et échouages en couches.

22. Principaux composants d’un câble optique ?

Répondre: Noyau, graisse optique, matériaux de gaine, PBT, etc.

23. Qu'est-ce que le blindage des câbles ?

Répondre: Éléments de protection (généralement des fils ou des rubans d'acier) utilisés dans les câbles spéciaux (par exemple, sous-marins). Une armure est appliquée sur la gaine intérieure.

24. Matériaux de gaine de câble ?

Répondre: Polyéthylène (PE) ou polychlorure de vinyle (PVC), protégeant la fibre des impacts extérieurs.

25. Câbles spéciaux dans les systèmes électriques ?

Répondre:

• OPGW : Fibre placée dans une ligne électrique en acier-aluminium ; combine les fonctions de mise à la terre et de communication.
• GWWOP (câble enroulé) : Suspendu sur les lignes existantes.
• ADSS : Autoportant, haute résistance, portée jusqu'à 1000 m.

26. Structures d'application du câble OPGW ?

Répondre: 1) Toronnage de tube en plastique + tube en aluminium ; 2) tube central en plastique + tube en aluminium ; 3) squelette en aluminium ; 4) tube en aluminium en spirale ; 5) tube en acier inoxydable monocouche (central ou toronné) ; 6) tube composite en acier inoxydable.

27. Matériaux toronnés du câble OPGW à l'extérieur du noyau ?

Répondre: Fils AA (alliage d'aluminium) et AS (acier revêtu d'aluminium).

28. Exigences techniques pour la sélection du câble OPGW ?

Répondre: 1) Résistance nominale à la traction (RTS, kN) ; 2) Nombre de noyaux de fibres (SM) ; 3) Courant de court-circuit (kA) ; 4) Durée (s) ; 5) Plage de température (℃).

29. Limitations de courbure des câbles ?

Répondre: Rayon de courbure ≥ 20× diamètre du câble ; lors de l'installation (dynamique), ≥ 30× diamètre du câble.

30. Points clés de l'ingénierie des câbles ADSS ?

Répondre: Conception mécanique des câbles, détermination des points de suspension, sélection et installation des accessoires.

31. Principaux accessoires du câble optique ?

Répondre: Matériel pour l'installation de câbles, par exemple pinces de tension, pinces de suspension, amortisseurs de vibrations.

32. Deux paramètres de performance de base des connecteurs à fibre optique ?

Répondre: Perte d'insertion et perte de retour.

33. Connecteurs de fibres courants ?

Répondre: Par type : monomode ou multimode ; structure : FC, SC, ST, D4, DIN, biconique, MU, LC, MT ; extrémité : FC, PC (UPC), APC. Courant : FC/PC, SC, LC.

34. Éléments courants dans les systèmes de communication par fibre optique :

Répondre: Adaptateur AFC, FC, adaptateur ST, adaptateur SC, connecteurs FC/APC et FC/PC, cordons de raccordement SC, ST, LC, MU, cordons de raccordement monomodes/multimodes.

35. Qu'est-ce que la perte d'insertion du connecteur ?

Répondre: Perte causée par l'insertion du connecteur ; plus petite est meilleure. L'UIT-T spécifie ≤ 0,5 dB.

36. Qu'est-ce que la perte de retour du connecteur ?

Répondre: Mesure de la puissance réfléchie à travers le connecteur ; typiquement ≥ 25 dB.

37. Différence principale entre la LED et le laser à semi-conducteur ?

Répondre: La LED émet une lumière incohérente à large spectre ; le laser émet une lumière cohérente à spectre étroit.

38. Différence clé dans les caractéristiques de fonctionnement des LED et des LD ?

Répondre: La LED n'a pas de seuil ; la LD nécessite un courant de seuil pour émettre de la lumière laser.

39. Lasers monomodes longitudinaux courants ?

Répondre: Lasers DFB (Distributed Feedback) et DBR (Distributed Bragg Reflector).

40. Principaux récepteurs optiques ?

Répondre: Photodiode PIN et photodiode à avalanche (APD).

41. Sources de bruit dans les systèmes de communication par fibre optique ?

Répondre: Rapport d'extinction, fluctuation d'intensité optique, gigue temporelle, bruit sombre et thermique du récepteur, bruit de mode, élargissement d'impulsion induit par dispersion, bruit de partition de mode laser, chirp de fréquence, réflexions.

42. Fibres courantes dans les réseaux de transmission et caractéristiques ?

Répondre: G.652 (SM standard), G.653 (SM à dispersion décalée), G.655 (SM à dispersion décalée non nulle).

• G.652 : forte dispersion dans les bandes C/L, nécessite une compensation > 2,5 Gbit/s, largement déployé.
• G.653 : dispersion nulle à 1 550 nm, adapté à la transmission ultra-longue à longueur d'onde unique, pas idéal pour le DWDM.
• G.655 : faible dispersion, évite la dispersion nulle, prend en charge DWDM, grande surface effective réduisant la non-linéarité.

43. Qu'est-ce que la non-linéarité des fibres ?

Répondre: À une puissance d'entrée élevée, l'indice de réfraction devient dépendant de la puissance, provoquant une diffusion Raman et Brillouin et des décalages de fréquence.

44. Impact de la non-linéarité sur la transmission ?

Répondre: Provoque des pertes et des interférences supplémentaires, dégradant les performances du système ; important dans les systèmes WDM haute puissance sur de longues distances.

45. Qu'est-ce que PON ?

Répondre: Réseau optique passif : réseau d'accès en boucle de fibre pour les utilisateurs locaux utilisant des dispositifs optiques passifs tels que des coupleurs et des répartiteurs.

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Causes de l'atténuation de la fibre optique

1. Principaux facteurs : perte intrinsèque, flexion, compression, impuretés, non-uniformité, épissure.

• Intrinsèque: Diffusion Rayleigh, absorption inhérente.
• Flexion: les microcourbures provoquent des pertes par diffusion.
• Pressant: microcourbures induites par le stress.
• Impuretés: absorption et diffusion.
• Non-uniformité : irrégularité de l'indice de réfraction.
• Épissage : désalignement axial, angle de face d'extrémité, inadéquation du noyau, mauvaise fusion.

1. Classification de la perte de fibres : Pertes intrinsèques (diffusion, absorption, imperfections structurelles) et pertes additionnelles (microcourbures, courbures, épissures). Ces pertes additionnelles sont généralement évitables.
2. Perte d'absorption de matière :

• Les atomes absorbent l’énergie des photons, provoquant des transitions électroniques, des vibrations et de la chaleur.
• SiO₂ a une absorption UV et IR ; OH⁻ provoque des pics d'absorption à 0,95, 1,24, 1,38 μm.

1. Perte de diffusion :

• Diffusion Rayleigh due aux variations microscopiques de densité et de composition ; inversement proportionnelle à la longueur d'onde⁴.

1. Imperfections structurelles :

• Les bulles, les impuretés et l'interface cœur-gaine non uniforme provoquent une diffusion.

1. Perte de rayonnement induite par courbure :

• La courbure convertit les modes guidés en modes radiatifs ; négligeable pour un rayon de courbure > 5–10 cm.

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Code couleur et disposition des fibres

Séquence de couleurs d'épissage par fusion :
Bleu, orange, vert, marron, gris, blanc, rouge, noir, jaune, violet, rose, turquoise

Disposition du faisceau de câbles :

1. Câbles multifibres en faisceaux : vert en premier, blanc en second, etc., rouge en dernier.
2. Tubes individuels reliés par des cordes colorées dans la séquence de couleurs ci-dessus.
3. Chaque faisceau ou tube contient jusqu'à 12 fibres dans la même séquence de couleurs.