Fibre optique

Fibre optique

La transmission optique des données par fibre optique (FO) offre de nombreux avantages. Elle autorise des débits de données élevés jusqu'à 40 Gbit/s sur des distances de plusieurs kilomètres, n'impacte pas les lignes posées en parallèle et est insensible aux influences électromagnétiques. Les différents types de fibres (POF, PCF, GOF) et les catégories de fibres OM1 à OM5 ainsi que OS2 permettent de réaliser des concepts de câblage sur mesure, qui répondent aux exigences spécifiques.

Principe de la transmission optique des données

Principe de la transmission optique des données

Avantages de la transmission par fibre optique

Les fibres optiques (en anglais : Fiber Optics (FO)) transmettent les données sous forme de lumière sur de longues distances. Pour ce faire, les signaux électriques sont transformés en signaux optiques au niveau de l'émetteur et sont envoyés au destinataire via des fibres synthétiques ou en verre. Là, les signaux lumineux transmis sont à nouveau transformés en signaux électriques, avant d'être analysés et traités. Les câbles et conducteurs sont jusqu'à 90 % plus légers et plus fins que les câbles en cuivre et couvrent ainsi des distances de transmission plus importantes et des débits de données allant jusqu'à 40 Gbit/s. En même temps, des concepts de blindage élaborés sont inutiles puisque le système est absolument résistant aux interférences EMC et ESD grâce à une transmission sans métal.
Les matériaux utilisés et les coûts associés pour le câblage passif sont généralement inférieurs à ceux du câblage en cuivre. En outre, de grandes largeurs de bande de transmission avec une densité de signal élevée permettent de transmettre plusieurs signaux dans différentes longueurs d'onde sur la même fibre optique (multiplexage).

Transmission des données dans un data center

Le câblage fibre optique optimise la transmission des données dans un data center

Les fibres optiques en application

Peu importe la distance, courte, moyenne ou longue, avec des vitesses inférieures à 100 Mbit/s ou allant jusqu'à 40 Gbit/s, ou encore au sein de structures de bus ou Ethernet : il existe un câble adapté à la transmission des données par fibre pour la quasi-totalité des exigences dans l'automatisation industrielle et semi-industrielle. Même en cas d'utilisation dans des conditions difficiles, p. ex. dans des parcs éoliens, les fibres optiques accomplissent leur mission de manière fiable.
Les champs d'application vont de la construction automobile et du câblage industriel jusqu'aux réseaux étendus, en passant par les réseaux locaux (LAN) dans les centres informatiques. Le choix du type et de la catégorie de fibre appropriés est décisif pour le câblage.

Diamètres de l'âme de fibre et de la gaine pour les fibres optiques

Comparaison entre les différents diamètres de l'âme de fibre et de la gaine

À chaque utilisation sa fibre

Chaque type de fibre convient à un domaine d'application précis. Plus le diamètre extérieur de la fibre est petit, plus le comportement de la fibre est délicat lors de l'assemblage. Pour des raisons physiques, les petits diamètres de fibre autorisent des débits de données élevés et des distances plus importantes.

- POF (Polymer Optical Fiber): dans le cas des câbles POF, l'âme et la gaine (Cladding) sont en plastique. Le diamètre d'âme typique est de 980 µm et celui de la gaine est de 1 000 µm. Avec des distances de transmission courtes allant jusqu'à 70 m et des débits de données de 100 Mbit/s maximum, selon le composant actif, les câbles POF sont utilisés pour le câblage dans la construction automobile ou pour le câblage industriel. La robustesse et la taille de la fibre permettent de l'assembler facilement sur le terrain. En raison de l'atténuation et de la dispersion importantes, ce type de fibre ne convient pas pour les débits de données élevés et les longues distances.

- PCF (Polymer Clad Fiber) : les PCF sont des fibres optiques en verre et revêtues de plastique. Les câbles, qui ont diverses dénominations comme PCS (Polymer Clad Silica), HCS (Hard-clad silica) et HPCF (Hard Polymer Clad Fiber), sont robustes et permettent une confection aisée. Les fibres PCF avec un diamètre d'âme typique de 200 µm et un diamètre de gaine de 230 µm sont souvent utilisées dans le câblage industriel pour des longueurs moyennes de jusqu'à 300 m et des débits de données principalement ≤ 100 Mbit/s. Les autres domaines d'application sont l'automobile, les capteurs et la technologie médicale.

- GOF multimode (Glass Optical Fiber) : la fibre de verre présente une âme en verre de quartz entourée d'une couche de verre réfléchissant. Pour les câbles multimodes, le diamètre de l'âme est de 50 µm ou 62,5 µm. Le diamètre plus grand permet de coupler davantage d'énergie lumineuse au début des fibres, mais entraîne simultanément une atténuation plus importante sur toute la longueur des fibres. Les fibres multimodes sont principalement utilisées dans les réseaux locaux (LAN) et dans les data centers, où elles peuvent atteindre des distances de transmission de 550 m avec 10 Gbit/s.

- GOF monomode : les fibres monomodes se caractérisent par un diamètre d'âme nettement plus petit d'env. 8 µm. Dans le cas des fibres monomodes, il faut distinguer le diamètre de l'âme et le diamètre du champ modal. Le diamètre du champ modal dépend de la longueur d'onde. Plus la longueur d'onde est grande, plus le diamètre du champ modal est important. Étant donné que les fibres ne peuvent transmettre qu'un mode de lumière, elles peuvent recevoir et transmettre une puissance très élevée. Le coefficient d'atténuation des fibres est très faible dans la plage de transmission. Les faibles valeurs d'atténuation et de dispersion sont parfaitement adaptées à l'utilisation des fibres monomodes dans le cas de distances supérieures à 50 km et de débits de données de p. ex. 40 Gbit/s.

Les catégories de fibres OM1, OM2, OM3, OM4 pour fibres multimodes ainsi que OS1 et OS2 pour les fibres monomodes sont définies à l'échelle internationale dans la norme ISO/CEI 11801. Elles indiquent les bandes passantes de transmission et les valeurs d'atténuation par fibre. En raison de l'augmentation continue des bandes passantes de transmission, les catégories futures deviennent également plus nombreuses, comme p. ex. OM5 pour les vitesses de transmission jusqu'à 400 Gbit/s.

Fibres optiques et atténuation

Causes possibles entraînant une atténuation avec les fibres optiques

Fibres optiques et pertes

L'atténuation désigne une perte de la puissance lumineuse qui se produit lors du transport de la lumière de l'émetteur vers le destinataire. Le but est de transporter l'énergie lumineuse jusqu'au destinataire avec le moins d'atténuation possible. Il faut distinguer l'atténuation qui se produit concrètement à un endroit précis et l'atténuation liée à la longueur, c'est-à-dire le coefficient d'atténuation. Le coefficient d'atténuation des fibres optiques se réfère à une longueur de 1 km.

- Pertes d'insertion et de couplage : elles peuvent se produire lorsque la lumière est introduite dans la fibre par l'émetteur ou également par une connexion par fiche et par épissure le long de la liaison et au niveau du récepteur. Les causes de ce type de perte sont multiples. Très souvent, elle est causée par des saletés sur la face des connecteurs. Le couplage de différents diamètres d'âme dans une liaison entraîne également des pertes. Les épissures, réalisées par fusion, présentent peu de pertes et se situent sous 0,1 dB. Les décalages longitudinaux, transversaux et angulaires des extrémités des fibres peuvent également entraîner une atténuation. Les éraflures et les fissures sur les surfaces, non seulement augmentent l'atténuation, mais peuvent également endommager la surface couplée sur le côté opposé. Les erreurs de montage comme p. ex. une entaille de l'extérieur sur la fibre de verre pendant le montage, peuvent entraîner une atténuation, voire une rupture sur le long terme.

- Pertes liées à la courbure : les rayons de courbure minimum sont indiqués dans les fiches techniques des différentes fibres optiques. En cas de dépassement, les pertes et l'atténuation augmentent en conséquence. Une partie de la lumière de l'âme s'échappe. Il y a quelque temps déjà, les fibres GOF autorisant une courbure importante avaient été développées pour les domaines monomodes et multimodes. Des rayons de courbure inférieurs à 10 mm peuvent être obtenus avec des fibres moins sensibles à la flexion. Les fibres sont spécifiées à l'échelle internationale dans les normes correspondantes de la série CEI 60793-x et ITU-Tx. L'avantage est la pose en cas de conditions d'installation défavorables dans les bâtiments, les résidences et les environnements industriels.

- Pertes dues à la fabrication: le matériau utilisé pour fabriquer la fibre optique ainsi que le processus de production sont des sources d'atténuation. Les causes peuvent être spécifiques au matériau ou p. ex. relatives à la présence d'impuretés.
Les fibres de verre sont fabriquées pour une utilisation dans des plages précises de longueurs d'ondes. Dans ces plages, l'atténuation doit être aussi faible que possible. Les coefficients d'atténuation qui s'appliquent à ces longueurs d'ondes sont indiqués dans les fiches techniques correspondantes. Les fibres optiques doivent être exploitées dans ces plages.

Fibres optiques et dispersion

Distorsion du signal pendant la durée d'exécution de l'émetteur au récepteur

Effets de la dispersion

La dispersion limite également les débits de données et les largeurs de bande de transmission des câbles à fibres optiques. Une dispersion désigne la déformation d'un signal. Pendant la durée d'exécution de l'émetteur au récepteur, le signal perd de son amplitude et les flancs chutent. Si deux signaux convergent successivement, le récepteur ne peut plus dire s'il s'agit d'un ou de deux signaux. Des erreurs se produisent ainsi lors de la transmission. Plus la largeur de bande de transmission est élevée et plus la longueur de la liaison est longue, plus il est important de se concentrer sur une faible dispersion. C'est un facteur décisif pour une qualité de transmission fiable et sans erreur, en particulier pour les longues liaisons monomodes.

La gamme de produits FO de Phoenix Contact

Vaste gamme de produits pour le câblage de la fibre optique

Produits pour le câblage de données à base de fibre optique

Phoenix Contact vous propose un vaste gamme de produits pour le câblage de la fibre optique. En plus d'un large choix de câbles et de la technologie de raccordement appropriée, les raccordements des appareils, les panneaux de jonction, les coupleurs et répartiteurs pour rails DIN viennent compléter la gamme.

  • Vitesses de transmission jusqu'à 40 Gbit/s
  • Solutions pour IP20, IP65/67 et IP68
  • Pour tous les types de fibres courants
  • Pour toutes les interfaces courantes
  • Sécurité maximale contre les influences CEM et ESD