Aujourd'hui, les câbles à fibres optiques sont largement utilisés pour transmettre des données. Ils ont complètement remplacé les lignes de communication traditionnelles à base de métal dans certains domaines informatiques. Les câbles à fibres optiques sont particulièrement efficaces dans les applications où de grandes quantités de données doivent être transmises sur de longues distances.
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Base physique des fibres optiques
Les fibres optiques reposent sur le principe physique de la réflexion totale. Si nous prenons deux milieux avec des indices de réfraction différents n1 et n2où n2< n1 (par exemple, l'air et le verre ou le verre et le plastique transparent) et projeter un faisceau de lumière à un angle α vers l'interface, deux événements se produiront.
Le faisceau (marqué en rouge sur la figure), projeté d'en haut à gauche (flèche), va se réfracter partiellement et se déplacer le long du milieu ayant un indice de réfraction n2 selon un angle α1<α - cette partie du faisceau est indiquée par la ligne pointillée. L'autre partie du faisceau sera réfléchie par l'interface selon le même angle. Si nous laissons le faisceau tomber à un angle β plus lent (le faisceau vert dans la figure), la même chose se produira - réflexion partielle et réfraction partielle à un angle β.1.
Si l'angle d'incidence α est encore réduit (rayon bleu sur la figure), alors la partie réfractée du faisceau va " glisser " presque parallèlement à l'interface (ligne pointillée bleue). Une nouvelle diminution de l'angle d'incidence (rayon vert incident à un angle β) provoquera un saut qualitatif - la partie réfractée sera absente. Le faisceau sera complètement réfléchi par l'interface entre les deux milieux. Cet angle est appelé l'angle de réflexion totale et le phénomène est appelé réflexion totale. On observe la même chose lorsque l'angle d'incidence diminue davantage.
Construction d'une fibre optique
Les fibres optiques sont basées sur ce principe. Il est constitué de deux couches coaxiales de densités optiques différentes.
Si un faisceau lumineux pénètre dans l'extrémité ouverte d'une fibre selon un angle supérieur à l'angle de réflexion de la lumière, il sera entièrement réfléchi par la surface de contact de deux milieux aux indices de réfraction différents, avec une faible atténuation à chaque "saut".
La partie extérieure de la fibre optique est en plastique. L'intérieur peut aussi être fait de plastique transparent, il peut alors être plié à des angles assez grands (même enroulé en anneau, et la lumière qui entre à l'intérieur passera toujours d'une extrémité à l'autre avec une atténuation, selon les propriétés optiques du plastique et la longueur du guide de lumière). Pour les câbles longue distance, où la flexibilité n'est pas si importante, l'âme interne est généralement en verre. Cela réduit l'atténuation et le coût de la fibre optique, mais celle-ci devient sensible à la flexion.
Pour augmenter la capacité d'une ligne optique, la fibre est disponible en version bi-mode ou multi-mode. Pour ce faire, la section du noyau est augmentée à 50 µm ou 62,5 µm (contre 10 µm pour le monomode). Deux ou plusieurs signaux peuvent être transmis simultanément par cette fibre optique.
Cette ligne de transmission optique présente certains inconvénients. L'une d'entre elles est la dispersion de la lumière causée par le trajet différent de chaque signal. Ils ont appris à lutter contre ce phénomène en fabriquant un noyau dont l'indice de réfraction varie selon un gradient (du milieu vers les bords). Cela permet de corriger les trajectoires des différents faisceaux.
Les câbles à fibres optiques multimodes sont principalement utilisés pour les réseaux locaux (à l'intérieur d'un bâtiment, d'une entreprise, etc.) et les câbles à fibres optiques monomodes sont utilisés pour les lignes de transmission à longue distance.
Conception d'une ligne de fibre optique
Les câbles à fibres optiques transportent un signal lumineux produit par une LED ou un laser. Un signal électrique est généré dans l'unité de transmission. Le dispositif final a également besoin du signal sous forme d'impulsions électriques. Il sera donc nécessaire de convertir deux fois les données brutes. Un schéma simplifié d'une ligne de fibre optique est présenté dans la figure.
Le signal provenant du dispositif de transmission est converti en impulsions lumineuses et transmis sur la ligne optique. La puissance des émetteurs du côté de la transmission étant limitée, des dispositifs qui compensent l'atténuation - amplificateurs, régénérateurs ou répéteurs optiques - sont placés à certains intervalles sur les longues lignes. Du côté de la réception se trouve un autre convertisseur qui transforme le signal optique en un signal électrique.
Construction de câbles optiques
Les fibres individuelles sont utilisées dans le cadre d'un câble optique pour créer une ligne de fibres optiques. Sa construction dépend de l'objectif de la ligne de transmission et de la méthode d'installation, mais en général, il contient plusieurs fibres avec un revêtement de protection individuel (contre les rayures et les dommages mécaniques). Cette protection se fait généralement en deux couches - d'abord une gaine de composé, puis une couche supplémentaire de plastique ou de vernis par-dessus. Les fibres sont enveloppées dans une gaine commune (semblable aux câbles électriques classiques), qui détermine l'application du câble et est choisie en fonction des influences extérieures auxquelles la ligne sera exposée pendant son fonctionnement.
Lors de l'installation dans des chemins de câbles, il y a un problème de protection des lignes contre les rongeurs. Dans ce cas, il est nécessaire de choisir un câble dont la gaine extérieure est renforcée par un ruban d'acier ou une armure en fil métallique. Les fibres de verre sont également utilisées comme protection contre les dommages.
Si le câble est posé dans un tuyau, la gaine renforcée n'est pas nécessaire. Le tube métallique protège de manière fiable contre les dents des souris et des rats. La gaine extérieure peut être allégée. Il est ainsi plus facile de tirer le câble à l'intérieur du tuyau.
Si la ligne doit être posée dans le sol, la protection se présente sous la forme d'une armature de fil protégée contre la corrosion ou de tiges en fibre de verre. Cela offre une grande résistance non seulement à la compression mais aussi à la traction.
Si le câble doit être installé dans des zones maritimes, au-dessus de rivières ou d'autres obstacles aquatiques, sur des terrains marécageux, etc., une protection supplémentaire est utilisée à l'aide d'un ruban en alu-polymère. De cette façon, le câble est protégé contre la pénétration de l'eau.
De nombreux câbles contiennent également à l'intérieur de leur gaine commune :
- Tiges de renforcement qui servent à donner à la structure une plus grande résistance lorsqu'elle est exposée à des contraintes mécaniques externes et lorsque la ligne est allongée thermiquement.
- les charges - filaments de plastique qui remplissent les espaces vides entre les fibres et d'autres éléments
- les barres d'énergie (leur but est d'augmenter la charge de traction).
Dans les grandes travées, la ligne est suspendue à un câble, mais il existe des câbles autoportants. Le câble métallique porteur est intégré directement dans la gaine.
Le cordon de raccordement optique est un type distinct de ligne de fibre optique. Ce câble contient une ou deux fibres (monomodes ou bimodes) enveloppées dans une gaine commune. Les deux côtés du cordon sont équipés de connecteurs pour la connexion. Ces câbles sont très courts et sont utilisés pour connecter des équipements sur de courtes distances ou pour le câblage en armoire.
Avantages et inconvénients des câbles optiques
Les avantages incontestables des câbles à fibres optiques, qui ont conduit à leur utilisation généralisée, sont les suivants :
- une grande immunité aux interférences - le signal lumineux n'est pas affecté par les rayonnements électromagnétiques domestiques et industriels, et la ligne elle-même n'émet aucun rayonnement (cela rend difficile l'accès non autorisé aux informations transmises et ne crée pas de problèmes de compatibilité électromagnétique) ;
- une isolation galvanique complète entre le côté réception et le côté émission ;
- faible atténuation - beaucoup plus faible que celle des lignes filaires ;
- longue durée de vie ;
- capacité de transmission élevée.
Dans les réalités d'aujourd'hui, il est également important que le câble n'attire pas les voleurs de métaux.
L'optique n'est pas sans inconvénients. Il s'agit tout d'abord de la complexité de l'installation et de la connexion, qui nécessite des équipements, des outils et des matériaux spéciaux, et qui impose des exigences plus élevées en matière de qualification du personnel impliqué dans l'installation et la maintenance des lignes. La plupart des défauts des câbles à fibres optiques sont dus à des erreurs d'installation, qui ne se manifestent pas toujours immédiatement. Au départ, le coût de la ligne elle-même était également élevé, mais les progrès technologiques ont permis de réduire ce désavantage à des niveaux compétitifs.
Les lignes optiques ont gagné une part de marché importante sur le marché des communications. Aucune alternative sérieuse n'est en vue dans un avenir prévisible, à moins d'une percée technologique.
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