Les câbles à fibres optiques sont largement utilisés aujourd'hui pour la transmission de données. Dans certains domaines de l'informatique, ils ont complètement remplacé les lignes de communication traditionnelles basées sur des conducteurs métalliques. Les lignes optiques sont particulièrement efficaces lorsque de grandes quantités de données doivent être transmises sur de longues distances.
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La base physique de la fibre optique
Les principes physiques de fonctionnement de la fibre optique reposent sur le principe de la réflexion totale. Si nous prenons deux milieux avec des indices de réfraction différents n1 et n2, et n2<n1 (par exemple, air et verre ou verre et plastique transparent) et laissez un faisceau de lumière à un angle α par rapport à l'interface, alors deux événements se produiront.
Un faisceau (indiqué en rouge sur la figure), lancé par le haut à gauche (le long de la flèche), sera partiellement réfracté et traversera un milieu d'indice de réfraction n2 angle α1<α - cette partie du faisceau est indiquée par une ligne pointillée.L'autre partie du faisceau sera réfléchie par l'interface sous le même angle. Si le faisceau est tiré à un angle β moins profond (le faisceau vert sur la figure), alors la même chose se produira - réflexion partielle et réfraction partielle à un angle β1.
Si l'angle d'incidence α est encore réduit (faisceau bleu sur la figure), alors la partie réfractée du faisceau peut "glisser" presque parallèlement à l'interface média (ligne pointillée bleue). Une nouvelle diminution de l'angle d'incidence (un faisceau vert incident à un angle β) provoquera un saut qualitatif - la partie réfractée sera absente. Le faisceau sera complètement réfléchi à partir de l'interface entre les deux médias. Cet angle est appelé angle de réflexion totale et le phénomène lui-même est appelé réflexion totale. On observera la même chose avec une nouvelle diminution de l'angle d'incidence.
Dispositif à fibre optique
La fibre optique est construite sur ce principe. Il se compose de deux couches coaxiales de densité optique différente.
Si un faisceau lumineux pénètre dans l'extrémité ouverte de la fibre à un angle supérieur à l'angle de réflexion de la lumière, il sera complètement réfléchi depuis la frontière de contact de deux milieux avec des indices de réfraction différents, avec une faible atténuation à chaque "saut".
La partie externe de la fibre optique est en plastique. L'intérieur peut également être en plastique transparent, puis il peut être plié à des angles suffisamment grands (même roulé en anneau, et la lumière qui pénètre à l'intérieur passera toujours d'un bout à l'autre avec une atténuation en fonction des propriétés optiques de le plastique et la longueur du guide de lumière). Pour les câbles de dorsale où la flexibilité n'est pas aussi importante, le noyau interne est généralement en verre.Cela réduit l'atténuation, réduit le coût de la fibre, mais celle-ci devient sensible aux courbures.
Pour augmenter le débit d'une ligne optique, la fibre est réalisée en version bimode ou multimode. Pour ce faire, la section du coeur est portée à 50 microns ou 62,5 microns (contre 10 microns pour le monomode). Deux signaux ou plus peuvent être transmis simultanément à travers une telle fibre optique.
Cette construction de la ligne de transmission optique présente certains inconvénients. L'un d'eux est la dispersion de la lumière causée par le chemin différent de chaque signal. Ils ont appris à y faire face en fabriquant un noyau avec un gradient (changeant du milieu vers les bords) d'indice de réfraction. De ce fait, les trajets des différents faisceaux sont corrigés.
Les câbles à fibres multimodes sont principalement utilisés pour les réseaux locaux (dans le même bâtiment, une entreprise, etc.) et à fibres monomodes - pour les lignes principales.
Dispositif de ligne de fibre
Le FOCL transmet un signal lumineux généré par une LED ou un laser. Un signal électrique est généré dans l'émetteur. Le terminal a également besoin d'un signal sous forme d'impulsions électriques. Par conséquent, il sera nécessaire de transformer les données d'origine deux fois. Un schéma simplifié d'une ligne à fibre optique est présenté sur la figure.
Le signal de l'émetteur est converti en impulsions lumineuses et transmis sur une ligne optique. La puissance des émetteurs du côté émission est limitée, par conséquent, sur de longues lignes à certains intervalles, des dispositifs sont installés qui compensent l'atténuation - amplificateurs optiques, régénérateurs ou répéteurs.Du côté réception, il y a un autre convertisseur qui transforme le signal optique en un signal électrique.
Conception de câble optique
Pour organiser une ligne à fibre optique, des fibres individuelles sont utilisées dans le cadre d'un câble optique. Sa conception dépend de l'objectif de la ligne de transmission et de la méthode de pose, mais en général, elle contient plusieurs fibres avec un revêtement de protection individuel (contre les rayures et les dommages mécaniques). Une telle protection est généralement réalisée en deux couches - d'abord une coque composée et au-dessus - une couche supplémentaire de plastique ou de vernis. Les fibres sont enfermées dans une gaine commune (comme les câbles électriques classiques), qui détermine la portée du câble et est choisie en tenant compte des influences extérieures auxquelles la ligne sera soumise pendant son fonctionnement.
Lors de la pose dans des chemins de câbles, il y a un problème de protection des lignes contre les rongeurs. Dans ce cas, il faut choisir un câble dont la gaine extérieure est renforcée par du ruban d'acier ou une armure de fil. Les fibres de verre sont également utilisées comme protection contre les dommages.
Si le câble est posé dans un tuyau, une gaine renforcée n'est pas nécessaire. Le tube métallique protège de manière fiable contre les dents des souris et des rats. La coque extérieure peut être rendue légère. Cela facilite le serrage du câble à l'intérieur du tuyau.
Si une ligne doit être posée dans le sol, la protection est réalisée sous la forme d'une armure de fil protégée contre la corrosion ou de tiges en fibre de verre. Il offre une haute résistance non seulement à la compression, mais aussi à l'étirement.
Si le câble doit être posé dans des zones maritimes, à travers des rivières et d'autres barrières d'eau, sur un sol marécageux, etc., une protection supplémentaire à partir d'un ruban en polymère d'aluminium est appliquée. C'est ainsi que l'eau est empêchée d'entrer.
De plus, de nombreux câbles à l'intérieur d'une gaine commune contiennent :
- des tiges de renforcement qui servent à donner à la structure une plus grande résistance sous des influences mécaniques extérieures et lors de l'allongement thermique de la ligne ;
- charges - fils en plastique qui remplissent les zones vides entre les fibres et d'autres éléments;
- tiges de puissance (leur but est d'augmenter la charge de traction).
Dans les grandes portées, la ligne est suspendue à un câble, mais il existe des câbles autoportants. Le câble métallique de support est intégré directement dans la coque.
En tant que type distinct de ligne à fibre optique, un cordon de raccordement optique doit être mentionné. Ce câble contient une ou deux fibres (monomode ou bimode) enfermées dans une gaine commune. Des deux côtés, le cordon est équipé de connecteurs pour le raccordement. De tels câbles sont de faible longueur et sont destinés au raccordement d'équipements à faible distance ou à la pose de communications intra-armoire.
Avantages et inconvénients des câbles optiques
Les avantages incontestables des câbles optiques, qui ont déterminé la large distribution de ces lignes de communication, comprennent:
- immunité élevée au bruit - le signal lumineux n'est pas affecté par les rayonnements électromagnétiques domestiques et industriels, et la ligne elle-même n'émet pas (cela rend difficile l'accès non autorisé aux informations transmises et ne crée pas de problèmes de compatibilité électromagnétique);
- isolation galvanique complète entre le côté réception et émission ;
- faible niveau d'atténuation - bien inférieur à celui des lignes filaires ;
- longue durée de vie;
- grand débit.
Dans les réalités modernes, il importe également que le câble n'attire pas les voleurs de métaux.
L'optique n'est pas sans défauts. C'est tout d'abord la complexité de l'installation et du raccordement, qui nécessite des équipements, des outils et des matériaux spéciaux, et impose également des exigences accrues sur les qualifications du personnel impliqué dans l'installation et la maintenance des lignes. La plupart des défauts dans FOCL sont associés à des erreurs d'installation, qui peuvent ne pas se manifester immédiatement. Initialement, le coût de la ligne elle-même était également élevé, mais le développement de la technologie a permis de niveler ce désavantage à des niveaux compétitifs.
Les lignes de communication optiques ont occupé un secteur sérieux sur le marché des matériels de communication. Dans un avenir prévisible, ils ne voient pas d'alternative sérieuse à moins qu'il y ait une percée technologique.
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