Connaissance de base des fibres optiques et des câbles optiques

1. Décrivez brièvement la composition de la fibre optique.

Réponse : La fibre optique se compose de deux éléments de base : le cœur et la gaine, constitués de matériaux optiques transparents, et la couche de revêtement.

2. Quels sont les paramètres de base des caractéristiques de transmission des fibres optiques ?

Réponse : Ils comprennent l'atténuation, la dispersion, la largeur de bande, la longueur d'onde de coupure, le diamètre du champ de mode, etc.

3. Quelles sont les causes de l'atténuation des fibres optiques ?

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

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

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

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

Réponse : 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 largeur de bande des fibres optiques ?

Réponse : La largeur de bande d'une fibre optique correspond à la fréquence de modulation à laquelle l'amplitude de la puissance optique diminue de 50% (ou 3 dB) par rapport à l'amplitude de la fréquence zéro dans la fonction de transfert de la fibre. La largeur de bande de la fibre est approximativement inversement proportionnelle à sa longueur ; le produit largeur de bande-longueur est une constante.

7. Combien existe-t-il de types de dispersion des fibres optiques et de quoi dépend-elle ?

Réponse : La dispersion de la fibre fait référence à l'élargissement du retard de groupe à l'intérieur d'une fibre, y compris 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 décrit-on la caractéristique de dispersion de la propagation du signal dans la fibre ?

Réponse : Elle peut être décrite à l'aide de trois grandeurs physiques : l'élargissement de l'impulsion, la largeur de bande de la fibre et le coefficient de dispersion de la fibre.

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

Réponse : Il s'agit de la longueur d'onde la plus courte à laquelle seul le mode fondamental peut se propager dans la fibre. Pour les fibres monomodes, 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 ?

Réponse : La dispersion entraîne un 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. Qu'est-ce que la méthode de rétrodiffusion ?

Réponse : 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 avec 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 ?

Réponse : L'OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer) fonctionne sur 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, la perte d'épissure, la localisation des défauts et la distribution des pertes le long de la fibre, ce qui est essentiel pour l'installation, la maintenance et la surveillance de la fibre. Les paramètres clés sont la plage dynamique, la sensibilité, la résolution, le temps de mesure et les zones mortes.

13. Qu'est-ce que la zone morte de l'OTDR ? Son impact et son traitement ?

Réponse : Les zones mortes se produisent lorsque les réflexions des connecteurs actifs ou des épissures mécaniques saturent le récepteur OTDR, créant des zones 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 de l'impulsion. Les impulsions étroites sont utilisées pour mesurer les événements proches ; les impulsions larges sont utilisées pour les mesures de fibres éloignées.

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

Réponse : L'utilisation d'un OTDR monomode sur une fibre multimode, ou vice versa, peut donner une longueur de fibre correcte mais une perte de fibre, une perte d'épissure et une perte de retour incorrectes. Il faut toujours adapter l'OTDR au type de fibre.

15. À quoi font référence les termes “1310nm” ou “1550nm” dans les instruments de test des fibres optiques ?

Réponse : Ils font référence à la longueur d'onde du signal optique. La communication par fibre utilise généralement des longueurs d'onde dans le proche infrarouge (800-1700 nm). Les courtes longueurs d'onde (850 nm) et les grandes longueurs d'onde (1310, 1550 nm) sont couramment utilisées.

16. Quelles sont les longueurs d'onde pour lesquelles la dispersion et la perte sont minimales dans les fibres commerciales ?

Réponse : 1310 nm a une dispersion minimale ; 1550 nm a une perte minimale.

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

Réponse : Fibres à indice progressif (bande passante étroite, adaptée aux communications à courte distance et à faible capacité) et fibres à indice progressif (bande passante plus large, adaptée aux communications à moyenne/grande capacité).

18. Comment les fibres sont-elles classées en fonction des modes de transmission ?

Réponse : Fibres monomodes (cœur ~1-10 μm, transmet uniquement le mode fondamental, convient pour les longues distances à haute capacité) et fibres multimodes (cœur ~50-60 μm, transmet plusieurs modes, performances moindres).

19. Que signifie l'ouverture numérique (NA) d'une fibre à indice progressif ?

Réponse : NA indique la capacité de collecte de lumière de la fibre. Une valeur NA plus élevée signifie une plus grande capacité de collecte de la lumière.

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

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

21. Structures courantes des câbles optiques ?

Réponse : Échouages en couches et structures squelettiques.

22. Principaux composants d'un câble optique ?

Réponse : Noyau, graisse optique, matériaux de la gaine, PBT, etc.

23. Qu'est-ce que l'armure de câble ?

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

24. Matériaux de la gaine du câble ?

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

25. Câbles spéciaux dans les systèmes d'alimentation ?

Réponse :

• 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 aux lignes existantes.
• ADSS : Autoportant, haute résistance à la traction, portée jusqu'à 1000 m.

26. Structures d'application du câble OPGW ?

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

27. Câble OPGW matériaux toronnés âme extérieure ?

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

28. Exigences techniques pour la sélection du câble OPGW ?

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

29. Limites de flexion des câbles ?

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

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

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

31. Principaux accessoires du câble optique ?

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

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

Réponse : Perte d'insertion et perte de retour.

33. Connecteurs de fibre optique courants ?

Réponse : Par type : monomode ou multimode ; structure : FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT ; face d'extrémité : FC, PC (UPC), APC. Commun : FC/PC, SC, LC.

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

Réponse : AFC, adaptateur FC, adaptateur ST, adaptateur SC, connecteurs FC/APC & FC/PC, cordons de raccordement SC, ST, LC, MU, cordons de raccordement monomode/multimode.

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

Réponse : Perte causée par l'insertion du connecteur ; plus elle est faible, mieux c'est. L'UIT-T spécifie ≤0,5 dB.

36. Qu'est-ce que l'affaiblissement de retour d'un connecteur ?

Réponse : Mesure de la puissance réfléchie par le connecteur ; typiquement ≥25 dB.

37. Principale différence entre les LED et les lasers à semi-conducteurs ?

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

38. Principale différence entre les caractéristiques de fonctionnement des LED et des LD ?

Réponse : La LED n'a pas de seuil ; la LD a besoin d'un courant de seuil pour émettre une lumière laser.

39. Lasers simples à mode longitudinal communs ?

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

40. Principaux récepteurs optiques ?

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

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

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

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

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

• G.652 : forte dispersion dans les bandes C/L, nécessite une compensation >2,5 Gbit/s, largement déployée.
• G.653 : dispersion nulle à 1550 nm, convient pour les transmissions ultra-longues à longueur d'onde unique, mais n'est pas idéal pour le DWDM.
• G.655 : faible dispersion, évite la dispersion nulle, prend en charge le DWDM, la grande surface effective réduit la non-linéarité.

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

Réponse : À une puissance d'entrée élevée, l'indice de réfraction devient dépendant de la puissance, ce qui entraîne une diffusion Raman et Brillouin et des changements de fréquence.

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

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

45. Qu'est-ce que le PON ?

Réponse : Réseau optique passif - réseau d'accès en boucle à fibre optique pour les utilisateurs locaux utilisant des dispositifs optiques passifs tels que des coupleurs et des séparateurs.

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Causes de l'atténuation des fibres optiques

1. Principaux facteurs : perte intrinsèque, flexion, écrasement, impuretés, non-uniformité, épissage.

• Intrinsèque : Diffusion de Rayleigh, absorption inhérente.
• Pliage : les micro-courbes provoquent une perte de diffusion.
• Pressage : les micro-courbures induites par la contrainte.
• Impuretés : l'absorption et la diffusion.
• Non-uniformité : irrégularité de l'indice de réfraction.
• Épissage : désalignement axial, angle de la face terminale, inadéquation du noyau, mauvaise fusion.

1. Classification de la perte de fibres : les pertes intrinsèques (diffusion, absorption, imperfection de la structure) et les pertes supplémentaires (microflexion, flexion, épissage). Les pertes supplémentaires peuvent être évitées dans la plupart des cas.
2. Perte d'absorption des matériaux :

• Les atomes absorbent l'énergie des photons, ce qui provoque 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 de Rayleigh due à des variations microscopiques de densité et de composition ; inversement proportionnelle à la longueur d'onde⁴.

1. Imperfections structurelles :

• Les bulles, les impuretés, l'interface non uniforme entre le noyau et la gaine provoquent une diffusion.

1. Perte de rayonnement induite par la flexion :

• 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 couleur de l'épissage de fusion :
Bleu, orange, vert, marron, gris, blanc, rouge, noir, jaune, violet, rose, aqua

Disposition des faisceaux 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 l'ordre des couleurs ci-dessus.
3. Chaque faisceau ou tube contient jusqu'à 12 fibres dans la même séquence de couleurs.