Auteur Sujet: DeZéro: Fibre optique: Késako ?  (Lu 18247 fois)

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Optrolight

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« le: 03 novembre 2014 à 19:44:53 »
Première série d'articles dans le forum pour expliquer simplement ce qu'est une fibre optique. L'idée est de donner des notions simples pour que vous puissiez comprendre facilement touts les sujets que vous trouverez dans le forum. Alors oui Google est votre amis et on peut retrouver tout ce que je vais vous raconter ici. L'idée qu'on a eu est de vous faciliter le travail et parler le même langage dans les discussions.

Présentation de la fibre optique :
Une fibre optique est un "file" généralement en silice (un matériaux que l'on trouve dans le sable) qui permet de "guider" la lumière de l'entrée vers la sortie. Les grandeurs caractéristiques sont quelques centaines de micromètres de diamètre pour plusieurs mètres à centaines de kilomètres de longueur. En faite il y en a de toutes les tailles suivant l'utilisation que l'on veut en faire ! Mais on verra plus loin que contrairement à ce que disent les femmes, ici la taille ça compte ! ;D


Image montrant plusieurs fibres optiques

La finesse de la fibre permet à ce file de verre d'avoir une certaine souplesse et de pouvoir faire des courbes. Du coup on peut courber la lumière !! Et ho vous allez me dire, mais non la lumière se propage en ligne droite !!
Oui mais comme je viens de le dire on "guide" la lumière. Aller hop les petits photons, c'est par ici que ça se passe !!!
En faite, je vous expliquerai un peu plus loin le fonctionnement d'une fibre optique et pourquoi celle-ci peut "guider" la lumière et lui faire faire des trajectoires courbes sans devoir faire appel à un trou noire !!!
Mais de quoi il me parle ? ;D

Un peu d'histoire :
Il était une fois....en Grèce (enfin, c'est wikipédia qui le dit), bla bla bla, je vais pas vous faire un cours du pourquoi du comment. Mais on va dire que l'histoire de la fibre optique commence vraiment vers 1950  avec le fibroscope (endoscope médical) permettant d'avoir un système optique déporté. Il a fallu le développement du laser pour que la fibre optique puisse être utilisée en télécommunication. Mais bon les fibres optiques n'étaient pas encore de bonne qualité et il y avait trop de pertes pour qu'elles soient vraiment utilisées.
Mais des petits malins de chez Corning ont réussi à diminuer les pertes (20dB/km) ! (haha les petits joueurs ;D).
Après pleins d'années de recherche, aujourd'hui une fibre optique classique affiche des pertes linéiques inférieures à 0.25dB/km !! (pas mal hein? mais je vous entends dire c'est quoi les dB ?)

Rapidement les dB (abréviation de décibel) est une grandeur sans dimension définie comme 10 fois le logarithme décimal du rapport entre deux puissances. Je vous laisse suivre le lien wikipédia pour de plus amples informations, car ce n'est pas ce qui nous intéresse ici.

Aujourd'hui les fibres optiques sont utilisées dans des domaines très variés allant des télécommunications, à l'astrophysique, la médecine en passant par le bâtiment et même le design vestimentaire. Voilà pour la mise en bouche !!

Comment on la fabrique ?
On va voir ici comment on fabrique une fibre optique. Vous allez voir c'est très simple sur le papier après techniquement c'est forcèment un peu plus dur sinon ça ne serait pas marrant.
Pour bien comprendre les étapes, on va en premier lieu regarder d'un peu plus près à quoi ressemble une fibre optique!

Allez hop un petit schéma !!



Bizarre il y a un fil dans un file dans un file ?  ???

Et oui une fibre optique est composée d'un cœur, d'une gaine optique et d'une gaine plastique (généralement) !
- le cœur : c'est là dedans que la lumière va être guidée, qu'elle va se propager
- la gaine optique : cette gaine va jouer le rôle de "miroir ". (attention, j'ai mis des guillemets car c'est une approximation et je ne veux pas rentrer dans les détails).
- la gaine plastique : elle assure la solidité mécanique de la fibre pour lui permettre de se tordre et faire des courbes.

On a donc un mille-feuille et vous vous demandez (enfin si vous avez suivi) comment faire pour mettre un fil de 10µm dans un truc qui fait 125µm de diamètre ? Non ? bon tant-pis.
En fait il faut ruser. Rappelez-vous la fibre c'est du verre (enfin de la silice). Et le verre on peut le chauffer et le faire fondre. Coucou les souffleurs de verre !!

Et bien on va faire ce qu'on appelle une préforme. Une préforme c'est une fibre optique échelle big-mousse (je ne comprends pas le terme big-mousse) avec un cœur et une gaine optique. Suivant le type de fibre que l'on veut faire on va changer la composition de la préforme (chimiquement).



Cette préforme va être installée dans une tireuse (qui a pensé à une bière ?  ;D ) qui va chauffer la préforme et l'étirer. On va faire une transformation homothétique de la préforme pour avoir la même chose mais à l'échelle du micromètre. Aussitôt étirée, la fibre optique passe dans un bain de plastique qui va déposer une fine couche de plastique pour former la gaine plastique mécanique. On enroule le tout sur un touret et c'est parti pour fabriquer des kilomètres de fibres.
 
Une petite vidéo "comment c'est fait" pour vous expliquer toutes les étapes !!!


« Modifié: 14 janvier 2015 à 18:57:05 par Optrolight »

Optrolight

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #1 le: 03 novembre 2014 à 20:13:34 »
Comment ça marche ?

On va maintenant passer au fonctionnement d'une fibre optique. Ben oui car son fonctionnement vous permettra de comprendre pourquoi on peut avoir de grands débits mais pas infini. Pourquoi on utilise une certaine longueur d'onde pour les lasers en télécommunication. Pourquoi il y a pleins de fibres optiques différentes, etc !!

Comme dit plus haut, une fibre optique guide la lumière. Pour faire cela on utilise, le principe de la réfraction. Oulala je comprends plus rien !!  :o

La réfraction se retrouve dans la vie de tous les jours. Si si, regardez l'image ci-dessous !!





C'est beau hein ? Mais qui a mis un miroir ? Ben oui l'eau c'est transparent normalement, pourquoi on voit les arbres et les montagnes dans le lac ? À cause de la réfraction !! Quand on a deux milieux (ici l'eau et l'air) avec des indices de réfraction différents, sous un certain angle, la lumière va se réfléchir (en partie ou totalement) à l'interface des deux milieux !! Magique non ?

Tiens tiens mais notre fibre optique, elle semble être en deux parties ! Du verre et du plastique !!!

Raté du verre et du verre !! Le plastique on s'en fout optiquement c'est pour la mécanique !!
Oui, mais les deux verres ne sont pas les mêmes. Ils ont des indices différents. L'indice du cœur est plus élevé que celui de la gaine. Et donc comme sur le lac, la lumière dans le cœur, va voir autour d'elle un "miroir" et donc ne pourra pas sortir du cœur et devra poursuivre la route jusqu'à l'autre bout de la fibre !!
Bon j'ai bien simplifié en prenant l'aspect rayon de propagation de la lumière dans une fibre optique. Il y a une autre approche dite ondulatoire (équation de Maxwell etc) pour expliquer le fonctionnement d'une fibre optique, mais entre nous on en a pas besoin ici !!
Allez hop un petit schéma pour visualiser tout cela !!



On voit sur le premier schéma que la lumière rebondit sur les bords du cœur et se propage ainsi le long de la fibre.

Bon, ce schéma me permet aussi d'introduire les différentes caractéristiques de fibres optiques :
- Monomode /multimode
- Saut d'indice/ gradient d'indice.

La plupart des fibres optiques en télécommunication sont à saut d'indice et monomode.

Saut d'indice veut dire que l'indice de réfraction du cœur est vraiment différent (+/- 0.005) (non c'est pas une blague, la différence est infime  ;D )
Gradient d'indice veut dire que l'indice évolue "continument" du centre du cœur vers la gaine.
On reviendra plus tard sur l'intérêt de telle ou telle propriété.

Monomode : un seul mode de propagation de la lumière peut se propager
Multimode : et ben plusieurs modes quoi.
Ces deux propriétés dépendent de l'indice du cœur et de la gaine ainsi que des caractéristiques géométriques de la fibre optique (diamètre du coeur etc).

Voilà pour le fonctionnement d'une fibre optique on va passer aux propriétés.
« Modifié: 14 janvier 2015 à 19:15:34 par Optrolight »

Optrolight

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #2 le: 08 novembre 2014 à 14:01:22 »
Propriétés :

1) Les pertes linéiques

La lumière dans une fibre optique se propage dans le verre (en général). Ce verre n'a pas une transparence totale (sinon on serait dans le vide), cela implique que pour une distance donnée de propagation, la quantité de lumière en sortie de fibre optique sera plus faible qu'en entrée. On appelle cela la perte linéique. Elle est exprimée en dB/km.
C'est une notion importante, car cela permet de savoir qu'elle est la puissance du laser qu'il faut mettre pour envoyer de l'information et la détecter en sortie de fibre optique.
Dans les câbles sous-marins, on arrive avec les fibres actuelles à faire parcourir 80 à 90 km à la lumière avant de devoir ré-amplifier le signal. En FTTH, on considère que l'on peut parcourir 30 km environ avec les petits lasers utilisés. De quoi permettre en France d'avoir tous le même débit.  (enfin quand on aura déployé la fibre optique partout ) ;)

Enfin une chose très importante : du fait de l'utilisation de la silice, et de la recherche des pertes linéiques les plus faibles possibles, on utilise deux longueurs d'onde en télécommunication : 1310 nm et 1550nm.
Le schéma ci-dessous vous montre pourquoi.



2) La dispersion chromatique
oula c'est quoi ce terme barbare?  ???
Bon, dispersion je pense que ça va ? Chromatisme : en rapport avec la couleur et donc les longueurs d'onde.
Mais tu viens de dire en télécommunication qu'on utilisait seulement deux longueurs d'onde et en plus l'une ou l'autre pour envoyer un signal?  ???

Heu oui c'est vrai (je simplifie) mais le laser parfait n'existe pas. Donc quand on parle d'un laser à 1550nm de longueur d'onde c'est pas 1550nm pile-poil et rien à côté. On doit prendre en compte le delta lambda.



On voit que pour ce laser il y a de l'énergie de part et d'autre de la longueur d'onde principale d'émission.

Bon, et la fibre dans tout ça, hein?
Et bien dans une fibre optique, les longueurs d'onde ne se propagent pas toutes à la même vitesse. C'est la dispersion chromatique. Donc comme notre laser n'est pas parfait, si on envoie un pic d'émission extrêmement court, il sera légèrement plus long en sortie. Exemple, on envoie de la lumière pendant 2ns, en sortie on mesure de la lumière pendant 10ns. (les chiffres ne sont pas représentatifs, c'est pour que vous compreniez le principe  :D)

Bon ok, mais c'est quoi le problème ?  :o

Comme l'information est codée numériquement avec des 0 et des 1, et donc despulses. Plus vous pouvez envoyer de pulses rapidement plus vous enverrez d'information. Mais si en sortie vos pulses grandissent en temps, pour pas que vos bits se mélangent vous devrez attendre un peu et donc cela limite le débit de données que l'on peut envoyer dans une fibre !
« Modifié: 14 janvier 2015 à 19:04:30 par Optrolight »

vivien

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #3 le: 20 janvier 2015 à 09:00:04 »
Merci !

Pour la dispersion chromatique, il faut savoir que cela oblige sur les tronçons longue distance de mettre régulièrement des bobines de compensation de la dispersion chromatique ajoutent 1/7ème de distance supplèmentaire.

Une nouvelle technologie, le 100 Gb cohérent, ne demande pas de bobines de compensation de la dispersion chromatique.

=> Fibre optique : Détail du calcul du ping en fonction de la distance

fab67

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #4 le: 30 janvier 2015 à 10:09:28 »
Merci pour ce dossier.

Petite question vu le coût de déploiement mis en oeuvre pour la fibre : Quelle est au juste la durée de vie de la fibre optique  ( à l'échelle humaine )?
+de 100 ans ?
Dégradation des performances avec les années, diminution possible de la réfraction ( j'ai appris un nouveau mot :) ) ?
ou bien aucun soucis sur le long terme ?

Optrolight

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #5 le: 30 janvier 2015 à 12:59:01 »
Etant donné le packaging des fibres, le principale problème est la casse.  (coup de pelleteuse etc) !!
D'un point de vu transmission si la fibre est à l'abris de l'humidité ce qui est le cas dans les câble etc !! je pense que 50 ans n'est pas une valeur absurde !!
On peut je pense parlé de réseau pérenne. 

tong

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #6 le: 23 février 2017 à 22:45:47 »
Merci pour le démarrage de ce sujet !
Il y a sur le forum un tas d'information. C'est vrai qu'une petite compilation sur le fonctionnement de la fibre est bien utile.
Personnellement j'attends avec impatience un certain nombre d'info.

A quoi correspondent les mesures faite avec un powermeter sur un PTO. Les valeurs sont exprimé en dBm a quoi correspond P. Si P correspond à la traduction du flux lumineux (candela ?) en milliwatt.
Quelle sont les valeurs attendu lors de ce test. (mini maxi). ces valeurs vairent elles en fonction de la technologie utilisé (P2P / PON)
Quelle est la source lumineuse venant du NRO (diode laser, laser ...). ce signal est il amplifié a un moment donné ? Quel est sa puissance.
Quelle sont les pertes et leurs valeurs en dBm (épisures, splitter pour le PON)
Que fait un OLT ? (autre que celà équivaut a un dslam) Que fait un ONT ? (autre que dire que celà fonctionne un peu comme un modem).Différence entre SFP et SFP + autre que de me dire qu'ils sont utilisé dans des technologies différentes. 
Combien de flux sur une fibre  en PON, en P2P. 2, 3 ? (un pour le flux vidéo sur une autre longueur d'onde ?)

Autopsie d'un ONT. En PON comment se fait le tri des trames par usager, où ?
Avez vous de la littérature a me recommander (français / anglais)
Merci a tous ceux qui voudront bien apporter leur lumière ...


« Modifié: 24 février 2017 à 00:48:30 par tong »

tong

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #7 le: 24 février 2017 à 00:41:51 »
Un très bon cours sur la fibre optique pour comprendre entre autre le mode multi mode et mono mode. Mais je pense qu'ici on parle le plus souvent de fibre monomode (G.652)


Une indication sur la durée de vie d'une fibre en fonction du stresse subi par son rayon de courbure
https://lafibre.info/images/presse/200802_evolution_fibres_optiques_monomodes.pdf

Les diodes laser présent dans les SFP sont a priori des diodes VCSEL
https://fr.wikipedia.org/wiki/Diode_laser_à_cavité_verticale_èmettant_par_la_surfacehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Diode_laser_à_cavité_verticale_èmettant_par_la_surface
ou DFP (Diode Fabry Perrot)
www.optique-ingenieur.org/fr/cours/OPI_fr_M05_C04/co/Contenu.html

1310 et 1550 nm sont les deux longueur d'onde utilise en fibre monomode ayant la plus faible perte lineique
il y a les pertes lineique en Db/km
les pertes chromatiques en ps/(nm.km) (picoseconds per nanometer wavelength change and kilometer propagation distance)
les pertes par polarisation (du au fait qu'une fibre n'est jamais parfaitement circulaire). https://www.renater.fr/IMG/pdf/Acterna_28-09.pdf

Toutes ces pertes sont minimes.

A priori les plus grandes pertes sont en technologie PON ou les coupleurs (splitter) C'est a dire le dispositif permettant de "séparer" le flux d'une fibre vers plusieurs fibre.
https://lafibre.info/dorsale-internet/la-notion-daffaiblissement-pour-la-fibre/24/
Qu'en est il en P2P ? quelle sont les valeurs minima en dBm au pto ?


mhostettl

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #8 le: 26 février 2017 à 19:48:22 »
Bonsoir Tong,

> Que fait un OLT ? (autre que celà équivaut a un dslam)

Dans un arbre PON, l'équipement à la racine est un OLT, les équipements aux extrémités feuilles sont les ONU (terme plus générique que ONT, desservant un seul utilisateur).

Un OLT n'est certainement pas un DSLAM, c'est l'extrémité d'une couche physique PON, et pas l'extrémité d'une couche DSL. L'ONU peut être en même temps DSLAM c'est à dire, côté utilisateur, un point de concentration de trafics DSL.

> Autopsie d'un ONT. En PON comment se fait le tri des trames par usager, où ?

En voie descendante, la communication de l'OLT vers les ONU est réalisée en mode TDM (après conversion optique numérique). L'OLT et chaque ONU calé sur la même longueur d'onde se sont accordés, préalablement à la transmission du trafic utilisateur, sur la position de la fenêtre temporelle dans laquelle doit se trouver ce trafic.  Vous pouvez imaginer l'importance de la synchronisation horloge.

> Avez vous de la littérature a me recommander (français / anglais)

Vous pouvez picorer directement dans les recommandations de l'ITU-T.

Cordialement,
Michel

tong

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #9 le: 26 février 2017 à 21:31:04 »
Merci Michel
Je viens de lire un article sur TDMA
« Modifié: 28 février 2017 à 20:41:11 par tong »

mhostettl

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #10 le: 16 mars 2017 à 13:58:27 »
Un très bon cours sur la fibre optique pour comprendre entre autre le mode multi mode et mono mode. Mais je pense qu'ici on parle le plus souvent de fibre monomode (G.652)

Je viens d'écouter le cours, il est excellent.

Il faudrait que je recherche la suite.

Sinon, dans le présent cours, l'enseignant ne parle que de fibre optique multimode (au moins 2 modes, le chat et le lapin).

Cordialement,
Michel
« Modifié: 16 mars 2017 à 14:41:15 par mhostettl »

mhostettl

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DeZéro: Fibre optique: Késako ?
« Réponse #11 le: 16 mars 2017 à 14:39:49 »
Ci-joint le cours qui suit celui indiqué par Tong, si le lien fonctionne :



Si l'on ne comprend pas la notion de mode, on est complètement bouché !

Cordialement,
Michel