La fibre optique est une fibre en verre ou en plastique qui peut être utilisée comme outil de transmission de la lumière. Le but principal de la fibre optique est la communication. À l'heure actuelle, la fibre optique utilisée dans les communications est essentiellement une fibre optique en silice et son composant principal est le verre de silice de haute pureté, à savoir le dioxyde de silicium (SiO2).
Les systèmes de communication à fibre optique utilisent des fibres optiques pour transmettre des ondes lumineuses transportant des informations afin d'atteindre l'objectif de communication.
▎L'histoire du développement de la communication par fibre optique
En 1880, Alexander Graham Bell invente le « téléphone optique ».
En 1887, le scientifique britannique Charles Vernon Boys sort la première fibre optique du laboratoire.
En 1938, Owens Illinois Glass Company des États-Unis et Nittobo Co., Ltd. du Japon ont commencé à produire des fibres de verre longues.
En 1951, le physicien optique Brian O'Brian a proposé le concept de revêtement.
En 1956, un étudiant de l'Université du Michigan a fabriqué la première fibre gainée de verre. Il a utilisé un tube de verre à faible indice de réfraction pour le faire fondre sur une tige de verre à indice de réfraction élevé.
En 1960, Theodore Maiman a montré aux gens le premier laser. Cela a suscité l'intérêt des gens pour la communication optique. Le laser semble être une méthode de communication très prometteuse qui peut résoudre le problème de la bande passante de transmission. De nombreux laboratoires ont commencé des expériences.
En 1966, le chercheur anglo-chinois Gao Kun a souligné la possibilité et l'approche technique d'utiliser la fibre optique pour la transmission d'informations, jetant les bases de la communication optique moderne par fibre optique.
En 1970, Corning aux États-Unis a développé avec succès une fibre optique en quartz avec une perte de 20dB/km.
En 1973, les laboratoires Bell des États-Unis ont réalisé de plus grandes réalisations, réduisant la perte de fibre optique à 2.5 dB/km.
En 1976, Nippon Telegraph and Telephone (NTT) a réduit la perte de fibre optique à 0.47 dB/km (longueur d'onde 1.2 μm).
▎Les caractéristiques de la communication par fibre optique
Grande capacité de communication
En théorie, une seule fibre peut transmettre 10 milliards de canaux vocaux en même temps. Le test actuel de 500,000 XNUMX canaux vocaux en même temps a été couronné de succès, ce qui est des milliers voire des centaines de milliers de fois plus élevé que les câbles coaxiaux traditionnels et les micro-ondes.
Longue distance de relais
La fibre optique a un coefficient d'atténuation très faible, couplé à une transmission optique appropriée, un équipement de réception optique, un amplificateur optique, une technologie de correction d'erreur directe et de modulation de code RZ, etc., peut rendre la distance de relais de plus de milliers de kilomètres, tandis que le câble traditionnel peut seulement Il peut transmettre 1.5 km et micro-ondes 50 km, ce qui est tout simplement incomparable.
Bonne confidentialité
Adaptable
Il a les avantages de ne pas avoir peur des interférences des champs électromagnétiques externes puissants, de la résistance à la corrosion, etc.
De petite taille et poids léger
De riches sources de matières premières et des prix bas
▎Structure fibreuse
La structure typique d'une fibre optique est un cylindre coaxial multicouche, qui est principalement composé d'un noyau, d'une gaine et d'une couche de revêtement.
Noyau de fibre
Située au centre de la fibre optique, la composition est de la silice de haute pureté avec une très faible quantité de dopant. L'indice de réfraction du cœur est légèrement supérieur à celui de la gaine et la perte est inférieure à celle de la gaine. L'énergie lumineuse est principalement transmise dans le noyau.
Emballage
Située autour du cœur, sa composition est également de la silice de haute pureté contenant une très faible quantité de dopants. Le revêtement fournit une surface réfléchissante et une isolation lumineuse pour la transmission de la lumière, et joue un certain rôle de protection mécanique.
▎Le principe de fonctionnement de la fibre optique
Principe de réflexion totale
Si le faisceau lumineux est dirigé du milieu optiquement dense vers le milieu optiquement mince, l'angle de réfraction est supérieur à l'angle d'incidence, comme le montre la figure.
Si θ0 est continuellement augmenté, l'angle de réfraction θ1 peut atteindre 90°, à ce moment θ1 est appelé l'angle critique.
Lorsque la lumière rayonne du milieu optiquement dense vers le milieu optiquement mince et que l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique, une réflexion totale se produira.
La fibre optique utilise cette réflexion totale pour transmettre des signaux optiques.
▎La dispersion de la fibre
Causes de la dispersion des fibres
Dans la fibre optique, le signal optique est composé de nombreux composants différents. Étant donné que la vitesse de propagation de chaque composante de fréquence ou de chaque composante de mode du signal est différente, après une certaine distance à travers la fibre optique, il y aura une différence de retard entre les différentes composantes, provoquant la distorsion de la forme d'onde du signal de transmission, l'élargissement de l'impulsion, ce phénomène est appelé dispersion des fibres.
Influence de la dispersion des fibres
L'existence d'une dispersion des fibres déforme et élargit l'impulsion du signal transmis, provoquant ainsi des interférences entre symboles. Afin d'assurer la qualité de la communication, l'intervalle inter-symboles doit être augmenté, c'est-à-dire que le débit de transmission du signal doit être réduit, ce qui limite la capacité de communication et la distance de transmission du système à fibre optique.
Classification de la dispersion des fibres
Selon les causes de la dispersion, la dispersion des fibres peut être divisée en dispersion modale, dispersion des matériaux, dispersion des guides d'ondes et dispersion de polarisation.
▎Le spectre électromagnétique de la fibre optique
▎Perte de fibres
La perte de fibre optique fait référence à la diminution de la puissance optique due à l'absorption, à la diffusion et à d'autres raisons après la transmission du signal optique à travers la fibre optique.
▎La classification de la fibre optique
Step fibre
Dans les régions de cœur et de gaine, les distributions d'indice de réfraction sont uniformes, n1 et n2, respectivement. A la frontière entre le coeur et la gaine, l'indice de réfraction évolue par paliers (n2
Fibre calibrée
L'indice de réfraction à l'axe de la fibre est le plus grand (n1), mais il diminue progressivement avec l'augmentation de la direction radiale de la section. A la frontière entre le coeur et la gaine, il tombe juste à l'indice de réfraction n2 avec la région de la gaine.
Fibre multimode (MMF, fibre multimode)
Peut transmettre plusieurs modes de lumière. Cependant, la dispersion inter-mode est relativement importante, ce qui limite la fréquence de transmission des signaux numériques, et elle devient plus grave avec l'augmentation de la distance.
Fibre monomode (SMF, fibre monomode)
Un seul mode de lumière peut être transmis, de sorte que la dispersion inter-mode est faible, ce qui convient à la communication à distance.
▎Interface fibre optique
Il existe les types d'interfaces fibre optique suivants :
FC rond avec filetage (le plus utilisé sur les panneaux de brassage)
ST rond à encliqueter
Type carré connecté à la carte SC (le plus utilisé sur les commutateurs de routeur)
Le connecteur LC est de forme similaire au connecteur SC, mais plus petit que le connecteur SC
Type carré MT-RJ, un émetteur-récepteur double fibre intégré
Type MPO/MTP
Type BFOC
Type DIN
Type FDDI
Type d'UG
Méthodes de représentation courantes, telles que « FC/PC », « SC/PC » et « SC/APC » Que signifient-elles ?
La partie devant "/" indique le type de connecteur de la queue de cochon, FC et SC sont comme mentionné ci-dessus, omis ;
La partie après "/" indique le processus de section du connecteur de fibre optique, c'est-à-dire la méthode de meulage.
"PC : contact physique" :
Sa section de joint est plate, il s'agit en fait d'un meulage et d'un polissage micro-sphériques, ce qui est le plus utilisé dans les équipements des opérateurs télécoms.
« APC » :
Il a un angle de 8 degrés et est poli et poli par une microsphère. C'est le modèle qui est le plus utilisé dans la radio et la télévision et les premiers CATV. Sa tête en queue de cochon adopte une face d'extrémité inclinée, ce qui peut améliorer la qualité du signal TV. La raison principale est que le signal TV est analogique. Modulation de la lumière, lorsque la surface de couplage du joint est verticale, la lumière réfléchie revient le long du chemin d'origine.
« CUP » :
L'atténuation est plus petite que celle du "PC", et elle est généralement utilisée pour les équipements ayant des besoins spéciaux. Certains fabricants étrangers utilisent FC/UPC pour les cavaliers fibre internes dans les racks ODF, principalement pour améliorer l'équipement ODF lui-même.
▎Module fibre optique
L'émetteur-récepteur optique, dont le nom complet est émetteur-récepteur optique, est un composant important du système de communication par fibre optique.
Généralement, les types d'équipements réseau suivants sont inclus :
SFP (émetteur-récepteur enfichable à petit facteur de forme):
Petit émetteur-récepteur enfichable (interface LC), SFP prend en charge des vitesses de 100M, 155M, 622M, 1000M, 1250M, 2500M.
GBIC (convertisseur d'interface GigaBit) :
Convertisseur d'interface Gigabit Ethernet (interface SC)
XFP (émetteur-récepteur enfichable à petit facteur de forme 10 Gigabits) :
Interface 10 Gigabit Ethernet émetteur-récepteur enfichable petit boîtier (interface LC)
XENPAK (PACK émetteur-récepteur EtherNet 10 Gigabits) :
Paquet d'émetteur-récepteur d'interface Ethernet 10 Gigabit (interface SC)
▎Épissage de fibre
L'épissure par fusion est une technologie de câblage qui utilise la chaleur générée par la décharge entre les tiges d'électrodes pour faire fondre la fibre optique en un tout. Il est divisé en deux catégories suivantes :
Méthode d'alignement du noyau de fibre
Il s'agit d'une méthode de fusion consistant à observer le fil central de la fibre optique au microscope, à le positionner par traitement d'image, à rendre cohérent l'axe central du fil central, puis à le décharger. La machine d'épissage par fusion équipée de caméras d'observation bidirectionnelles est utilisée pour le positionnement à partir de deux directions.
Méthode d'alignement à rainure en V fixe
Il s'agit d'une méthode de fusion qui utilise un agencement de rainures en V de haute précision des fibres optiques et utilise l'effet d'alignement produit par la tension superficielle de la fibre fondue pour effectuer l'alignement du diamètre extérieur. Récemment, en raison du développement de la technologie de fabrication, la précision dimensionnelle de la position du noyau de la fibre optique a été améliorée et, par conséquent, un câblage à faible perte peut être réalisé. Cette méthode est principalement utilisée pour le câblage unique multicœur.
câble optique
Câble optique : utilisez des matériaux et une structure de câble appropriés pour abriter et protéger la fibre optique de communication, de sorte que la fibre optique soit protégée contre les influences et les dommages mécaniques et environnementaux, et qu'elle puisse être utilisée à différentes occasions.
▎La structure du câble optique
Le câble optique est constitué d'une ou plusieurs fibres optiques ou faisceaux de fibres optiques en fonction des caractéristiques chimiques, mécaniques et environnementales. Quelle que soit la structure du câble optique, celui-ci est essentiellement composé de trois parties : l'âme du câble, l'élément de renforcement et la gaine.
Noyau de câble
La structure de l'âme du câble doit répondre aux exigences de base suivantes :
① Maintenez la fibre optique dans la meilleure position et le meilleur état dans le câble pour assurer des performances de transmission de fibre optique stables. Lorsque le câble optique est soumis à certaines forces externes telles que la tension et la pression latérale, la fibre optique ne doit pas être affectée par des forces externes.
② Les éléments de renforcement dans l'âme du câble doivent pouvoir résister à la tension admissible.
③ La section transversale de l'âme du câble doit être aussi petite que possible pour réduire les coûts. Il y a des fibres optiques, des manchons ou des squelettes et des éléments de renforcement dans l'âme du câble, et l'âme du câble doit être remplie de graisse, qui a une résistance fiable à l'humidité et empêche l'humidité de se propager dans l'âme du câble.
Couche protectrice
Tant que la couche protectrice du câble optique protège le noyau de fibre du câble, elle peut éviter les forces mécaniques externes et les dommages environnementaux, de sorte que la fibre optique puisse être adaptée à diverses occasions de pose. Par conséquent, la couche protectrice doit avoir une résistance à la pression, une résistance à l'humidité et de bonnes caractéristiques de température. Poids léger, résistance chimique et caractéristiques ignifuges.
La gaine du câble optique peut être divisée en une gaine interne et une gaine externe. La couche de protection interne adopte généralement du polyéthylène ou du chlorure de polyvinyle, etc. La couche de protection externe peut être déterminée en fonction des conditions de pose, en utilisant du ruban d'aluminium et une gaine externe en polyéthylène LAP et une armure en fil d'acier.
Élément de renforcement
L'élément de renfort doit principalement supporter la force extérieure appliquée lors de la pose et de l'installation. La configuration des éléments de renforcement des câbles à fibres optiques est généralement divisée en une méthode "élément de renforcement central" et une méthode "élément de renforcement périphérique".
Généralement, les éléments de renforcement des câbles optiques toronnés et squelettés sont situés au centre de l'âme du câble et appartiennent à « l'élément de renforcement central » (âme de renforcement) ; l'élément de renforcement du câble optique de type tube central se déplace de l'âme du câble vers la gaine et appartient à « l'élément de renforcement périphérique ».
Les éléments de renforcement comprennent généralement du fil d'acier métallique et du plastique renforcé de fibres de verre non métalliques (FRP). Les câbles à fibres optiques non métalliques utilisant des éléments de renforcement non métalliques peuvent inverser efficacement les coups de foudre.
▎Structure typique du câble optique
Les structures de câbles à fibres optiques couramment utilisées sont de quatre types : multibrin, squelette, tube à faisceau central et ruban.
▎La classification du câble optique
Câble optique extérieur
Principalement utilisé pour l'enfouissement direct, la construction de pipelines et aériens de lignes principales et de réseaux métropolitains.
Câble plat
Principalement utilisé pour la construction de réseaux fédérateurs métropolitains à nombre de cœurs élevé et à haute densité.
Figure 8 Câble optique
Le câble optique intègre la partie centrale du câble et le fil de suspension en fil d'acier dans une gaine PE en forme de "8" pour former une structure autoportante. Il n'est pas nécessaire d'ériger des fils de suspension et des crochets pendant le processus de pose, et l'efficacité de la construction est élevée et le coût de construction est faible. Il est très simple de réaliser la pose aérienne entre poteaux électriques, entre poteaux électriques et bâtiments, et entre bâtiments et bâtiments.
Câble optique intérieur
Principalement utilisé pour la construction de LAN et le câblage vertical à l'intérieur du bâtiment.
▎Le modèle du câble optique
Selon les recommandations pertinentes de l'UIT-T, le modèle de câble optique actuel est composé de deux parties : le code de type du câble optique et le code de spécification de la fibre optique, séparés par une courte ligne horizontale au milieu.
Le code de type du câble à fibre optique est composé de cinq parties : classification, élément de renforcement, caractéristiques dérivées, gaine et couche extérieure.
Le code et la signification de la classification des câbles optiques
GY : Câble optique extérieur de la salle de communication (terrain)
GM : Câble optique mobile pour la communication
GJ : Câble optique dans la salle de communication (bureau)
GS : câble optique dans les équipements de communication
GH : Câble optique sous-marin pour communication
GT : câble optique spécial pour la communication
Le nom de code de l'élément de renforcement et sa signification
Non signé : élément d'armature métallique
F : Élément de renforcement non métallique
Les noms de code des caractéristiques dérivées et leurs significations
Les caractéristiques structurelles du câble optique doivent pouvoir montrer le type principal d'âme du câble et la structure dérivée du câble optique. Lorsque le type de câble optique présente plusieurs caractéristiques structurelles qui doivent être notées, cela peut être indiqué par le code de combinaison, et le code de combinaison est agencé dans l'ordre des codes correspondants suivants de haut en bas.
D : Structure du ruban de fibre optique
Non signé : structure de revêtement de tube lâche en fibre
J : structure de revêtement de manchon étanche à fibres optiques
Non signé : structure échouée
G : structure de rainure squelette
X : Structure tubulaire de la poutre centrale
T : structure remplie de pommade
Z : Structure autoportante
B : Forme plate
Z : Ignifuge
Le nom de code de la gaine et sa signification
Y : gaine polyéthylène
V : Gaine PVC
U : Gaine polyuréthane
A : Gaine collée aluminium-polyéthylène (gaine A)
S : Gaine liée acier-polyéthylène (gaine S)
W : Gaine liée acier-polyéthylène avec fils d'acier parallèles (gaine W)
L : gaine en aluminium
G : Gaine en acier
Q : Gaine de plomb
Le nom de code de la couche protectrice externe et sa signification
La gaine externe fait référence à la couche d'armure et la couche externe à l'extérieur de la couche d'armure.
