Câbles optiques - appareil, types et caractéristiques

Les câbles optiques, contrairement aux câbles à conducteurs en cuivre ou en aluminium, utilisent une fibre optique transparente comme support pour transmettre un signal. Le signal est transmis ici non pas à l'aide de courant électrique, mais à l'aide de la lumière. Cela signifie que pratiquement aucun électron ne bouge, mais plutôt des photons, et les pertes de transmission du signal s'avèrent insignifiantes.

Ces câbles sont idéaux comme moyen de transmission d'informations, car la lumière peut traverser la fibre de verre transparente pratiquement sans entrave pendant des dizaines de kilomètres, tandis que l'intensité de la lumière diminue légèrement.

Il y a Câbles GOF (câble à fibre optique en verre) — avec des fibres de verre, et Câbles POF (câble optique en plastique) — avec fibre plastique transparente. Les deux sont traditionnellement appelés câbles optiques ou à fibres optiques.

Dispositif de câble optique

Le câble à fibre optique a un dispositif assez simple.Au centre du câble se trouve un guide de lumière en fibre de verre (son diamètre n'excède pas 10 microns), habillé d'une coque de protection en plastique ou en verre, qui assure une réflexion interne totale de la lumière due à la différence d'indices de réfraction à la frontière de deux médias.

Il s'avère que la lumière, de l'émetteur au récepteur, ne peut pas quitter la veine centrale. De plus, la lumière n'a pas peur des interférences électromagnétiques, donc un tel câble n'a pas besoin de blindage électromagnétique, mais doit seulement être renforcé.

Afin d'assurer la résistance mécanique du câble optique, des mesures spéciales sont prises - elles rendent le câble blindé, en particulier lorsqu'il s'agit de câbles optiques multicœurs transportant plusieurs fibres optiques distinctes en même temps. Les câbles suspendus nécessitent un renforcement spécial avec du métal et du Kevlar.

La conception la plus simple des câbles à fibres optiques est fibres de verre dans une coque en plastique… Une conception plus complexe est un câble multicouche avec des éléments de renforcement, par exemple, pour une installation sous-marine, souterraine ou suspendue.

Dans un câble armé multicouche, le câble de renfort porteur est en métal enfermé dans une gaine en polyéthylène. Des fibres de plastique ou de verre porteuses de lumière sont placées autour. Chaque fibre individuelle est recouverte d'une couche de vernis coloré pour le codage couleur et la protection contre les dommages mécaniques. Les faisceaux de fibres sont conditionnés dans des tubes en plastique remplis d'un gel hydrophobe.

Un tube en plastique peut contenir de 4 à 12 de ces fibres, tandis que le nombre total de fibres dans un tel câble peut aller jusqu'à 288 pièces. Les tuyaux sont entrelacés avec un fil qui resserre le film humidifié avec un gel hydrophobe - pour un meilleur amortissement des influences mécaniques. Les tuyaux et le câble central sont enfermés dans du polyéthylène.Viennent ensuite les brins de Kevlar, qui fournissent pratiquement une armure pour le câble toronné. Puis à nouveau du polyéthylène pour le protéger de l'humidité, et enfin la coque extérieure.

Les deux principaux types de câbles à fibres optiques

Il existe deux types de câbles à fibres optiques : multimode et monomode. Les multimodes sont moins chers, les monomodes sont plus chers.

Câble monomode garantit que les rayons traversant la fibre empruntent pratiquement le même chemin sans déviations mutuelles importantes, de sorte que tous les rayons arrivent au récepteur en même temps et sans distorsion de la forme du signal. Le diamètre d'une fibre optique dans un câble monomode est d'environ 1,3 μm, et c'est à cette longueur d'onde que la lumière doit être transmise à travers elle.

Pour cette raison, une source laser avec une lumière monochromatique d'une longueur d'onde strictement nécessaire est utilisée comme émetteur.Ce sont précisément les câbles de ce type (monomode) qui sont aujourd'hui considérés comme les plus prometteurs pour les communications longue distance à l'avenir, mais pour l'instant ils sont chers et de courte durée.

Câble multimode moins "précis" que ceux monomodes. Les faisceaux de l'émetteur y passent avec dispersion, et du côté du récepteur, il y a une certaine distorsion de la forme du signal transmis. Le diamètre de la fibre optique dans le câble multimode est de 62,5 µm et le diamètre extérieur de la gaine est de 125 µm.

Il utilise une LED conventionnelle (non laser) côté émetteur (longueur d'onde de 0,85 μm), et l'équipement n'est pas aussi cher qu'une source de lumière laser, et les câbles multimodes actuels ont une durée de vie plus longue. La longueur des câbles de ce type ne dépasse pas 5 km. La latence typique de transmission du signal est de l'ordre de 5 ns/m.

Avantages des câbles à fibre optique

D'une manière ou d'une autre, le câble optique diffère radicalement des câbles électriques ordinaires par sa protection acoustique exceptionnelle, qui assure une sécurité maximale à la fois de l'intégrité et de la confidentialité des informations qui y sont transmises.

Les interférences électromagnétiques dirigées vers un câble optique ne peuvent pas déformer le flux lumineux et les photons eux-mêmes ne génèrent pas de rayonnement électromagnétique externe. Sans rompre l'intégrité du câble, il est impossible d'intercepter les informations transmises par celui-ci.

La bande passante d'un câble à fibre optique est théoriquement de 10 ^ 12 Hz, ce qui ne peut être comparé aux câbles actuels de toute complexité. Vous pouvez facilement transférer des informations à une vitesse allant jusqu'à 10 Gbps par kilomètre.

Le câble à fibre optique lui-même n'est pas aussi cher qu'un câble coaxial fin. Mais la part principale de l'augmentation du prix du réseau fini incombe toujours aux équipements d'émission et de réception, dont la tâche est de convertir un signal électrique en lumière et vice versa.

L'atténuation d'un signal lumineux lorsqu'il traverse un câble optique d'un réseau local ne dépasse pas 5 dB pour 1 kilomètre, c'est-à-dire presque la même que celle d'un signal électrique basse fréquence. De plus, plus la fréquence est élevée - plus l'avantage du support optique par rapport aux fils électriques traditionnels est fort - l'atténuation augmente légèrement. Et à des fréquences supérieures à 0,2 GHz, le câble optique est clairement hors concurrence. Il est pratiquement possible d'augmenter la distance de transmission jusqu'à 800 km.

Les câbles à fibre optique sont applicables dans les réseaux à topologie en anneau ou en étoile tout en éliminant complètement les problèmes de mise à la terre et d'équilibrage de charge qui sont toujours pertinents pour les câbles électriques.

Parfait Isolation galvanique, ainsi que les avantages ci-dessus, permettent aux analystes de prédire que dans les communications réseau, les câbles optiques remplaceront bientôt complètement les câbles électriques, en particulier compte tenu de la pénurie croissante de cuivre sur la planète.

Inconvénients des câbles à fibre optique

En toute justice, nous ne pouvons manquer de mentionner les inconvénients des systèmes de transmission de données optiques, dont le principal est la complexité de l'installation des systèmes et les exigences élevées en matière de précision de l'installation des connecteurs. Des écarts au micron lors de l'assemblage du connecteur peuvent entraîner une augmentation de l'atténuation de celui-ci. Ici, vous avez besoin d'une soudure de haute précision ou d'un gel adhésif spécial, dont l'indice de réfraction est similaire à celui de la fibre de verre installée elle-même.

Pour cette raison, la qualification du personnel ne permet pas la clémence, des outils spéciaux et des compétences élevées sont nécessaires pour leur utilisation. Le plus souvent, ils recourent à l'utilisation de morceaux de câble prêts à l'emploi, aux extrémités desquels des connecteurs prêts à l'emploi du type requis sont déjà installés. Pour dériver le signal de la fibre optique, des séparateurs spécialisés sont utilisés pour plusieurs canaux (de 2 à 8), mais lors de la dérivation, une atténuation de la lumière se produit inévitablement.

Bien sûr, la fibre est un matériau moins solide et moins souple que le cuivre, et il est dangereux de plier la fibre à un rayon inférieur à 10 cm pour sa sécurité.Le rayonnement ionisant réduit la transparence de la fibre optique, augmente l'atténuation du signal lumineux transmis.

Les câbles à fibres optiques résistants aux radiations sont plus chers que les câbles à fibres optiques conventionnels. Un changement soudain de température peut provoquer la formation d'une fissure dans la fibre. Bien sûr, la fibre optique est vulnérable aux contraintes mécaniques, aux chocs et aux ultrasons ; pour se protéger contre ces facteurs, des matériaux spéciaux insonorisants souples sont utilisés à partir des gaines de câbles.