DOSSIER. Mots-clés : Fibres optiques, Connexions, Epissure. es connecteurs à "'fibre

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1 DOSSIER es connecteurs à "'fibre optique optique Mots-clés : Fibres optiques, Connexions, Epissure. par Brian GREGORY, Molex Ftber Optics Les fibres optiques, très utilisées en télécommunications, sont raccordées soit par épissures, soit à l'aide de connecteurs, qui ont évolué depuis les trente dernières années. L'une des évolutions les plus importantes du câblage en télécommunications a été le remplacement des câbles en cuivre par les fibres optiques. Bien que cette technologie soit maîtrisée depuis une vingtaine d'années, ses applications restent entourées d'un certain mystère. EVOLUTION DES CONNEXIONS DE RÉSEAUX À FIBRES OPTIQUES Les applications de connexion de base des fibres ont peu changé depuis le début de l'utilisation des câbles optiques. Les fibres sont raccordées de deux manières, soit par différents types d'épissures, soit à l'aide de connecteurs choisis dans la grande variété de modèles disponibles en fonction des applications finales. Epissures des fibres Les épissures des fibres sont réalisées en utilisant une méthode mécanique ou une méthode par fusion. L'épissure mécanique, comme son nom l'indique, est composée d'un boîtier relativement petit, pré-chargé avec un gel dont l'indice de réfraction est équivalent à celui de la fibre, qui aligne puis rejoint mécaniquement les deux extrémités des fibres à raccorder. Ce gel est placé dans l'épissure pour obtenir une bonne réflexion et une faible perte. Les méthodes d'épissure mécanique fournissent actuellement des performances optiques presque aussi bonnes que les méthodes d'épissure par fusion. L'épissure mécanique est généralement utilisée quand il y a peu d'épissures à réaliser, peu de câbles en jeu ou,éventuellement, en réparation d'urgence. L'épissure par fusion, comme son nom l'indique, relie deux fibres en les chauffant à une température qui fait fondre et soude les deux fibres de verre. A l'encontre de l'épissure mécanique, l'épissure par fusion est très automatisée et il est possible d'effectuer des diagnostics sur l'épissure de la fibre pour garantir une performance optique très fiable et reproductible. Il y a deux types de méthodes d'épissure par fusion utilisées aujourd'hui dans l'industrie : La connexion des fibres optiques peut se faire par épissure ou à l'aide d'un connecteur. L'épissure peut être mécanique ou par fusion ; elle connecte les fibres de façon permanente. Les connecteurs permettent une plus grande souplesse, la déconnexion/reconnexion pouvant s'effectuer de nombreuses fois. Les premiers connecteurs disponibles étaient souvent difficiles à mettre en oeuvre (le FC par exemple). Les matériaux pour ferrules se diversifient : acier inox, céramique, zirconium, plastique (au choix pour le connecteur ST) et un vérouillage rapide à bayonnette simplifie la connexion. Le SC se perfectionne encore avec un dispositif anti-arrachement. Actuellement, l'offre s'étend à des connecteurs spécifiques, à mi-chemin entre le connecteur et l'épissure qui réduisent l'encombrement dans le câblage des réseaux de données d'immeubles. Le choix entre les différents types de connexions s'effectue en fonction des applications. Optical fibres may be connected by splicing or by means of connectors. Splices may be joined mechanically or by welding the fibres together. In either case, the join is permanent. Connectors provide a greater degree of flexibility and the connection may be broken and remade many times. The first generation of connectors (e.g. the FC type) were often difficult to use. A wider choice of ferrule material is now available, including stainless steel, ceramics, zirconium and plastic (as used in the ST type connector). Bayonet connectors provide a secure lock that can rapidly be released. The SC type connector has been further improved by the addition of a fibre retention mechanism. The range of available connectors now includes semi-permanent types, mid-way between a traditional connector and a splice. These offer a reduced space requirement when cabling buildings. data networks in Selection between the various types of connections is made according to the applications \1 8 Septembre 1999

2 Les connecteurs à fibre optique l'épissure par fusion de masse qui peut raccorder de multiples fibres (comme des fibres en nappe) en une seule opération, et l'épissure par fusion unique, qui relie des fibres une par une. Connecteurs à fibre optique Généralement, on utilise une épissure pour connecter de façon permanente une fibre à une autre pour coupler des impulsions de lumière alors que les connecteurs pour fibre optique sont des éléments démontables qui apportent une plus grande souplesse aux réseaux optiques. Comme les épissures, les connecteurs sont utilisés pour coupler des impulsions de lumière, toutefois, ils sont conçus pour être connectés et déconnectés de nombreuses fois sans détérioration des performances optiques du circuit fibre. Les connecteurs peuvent être classés en composants de transition qui nous permettent de diviser les réseaux à fibre optique en plusieurs sous-systèmes interconnectés. Les connecteurs à fibre optique nous permettent d'assurer facilement une transition de la fibre entre câbles intérieur et extérieur d'un immeuble, équipements de centraux téléphoniques, sources de lumières dans les émetteurs, détecteurs (récepteurs), équipements d'abonnés et autres fibres. Les connecteurs permettent également de simplifier la maintenance d'un système à fibres quand une partie défectueuse ou périmée doit être remplacée. Depuis son introduction, nous avons vu plusieurs améliorations dans la technologie de la fibre optique ainsi que dans les équipements de transmission aux extrémités des liaisons optiques. Nous pouvons raisonnablement prévoir de nouvelles améliorations des fibres optiques et des équipements de transmission dans la prochaine décennie et audelà. Notre industrie ne reste pas longtemps inactive. En même temps, nous avons également été témoins d'importantes améliorations pour fibre optique, pas seulement en termes de performances, mais aussi en termes de prix. Quelles que soient ces améliorations de prix et de performances, il y a encore de nombreux types qui restent utilisés dans les réseaux de télécommunications et de données. LES PREMIERS TYPES DE CONNECTEURS Du début du déploiement commercial des fibres optiques, des années 1970 jusqu'à nos jours, les connecteurs pour fibre optique ont été classés selon leur utilisation en monomode ou multimode. Au début, il n'y avait pas beaucoup de choix quant aux connecteurs à utiliser, en raison du faible nombre de modèles disponibles. Les connecteurs biconiques, SMA et FC, dominaient le marché jusqu'au milieu des années Pendant plusieurs années, le connecteur biconique a été considéré comme la norme de facto dans les applications de télécommunications longue distance. Il était facilement reconnaissable par son corps fileté, un ressort de maintien et sa ferrule en forme de cône. Beaucoup d'installations de l'époque nécessitaient un montage sur site vertical et des câbles qui aboutissaient dans des baies de raccordement de fibres. Bien qu'ils aient été largement utilisés et que nombre d'entre eux soient encore en service aujourd'hui, les connecteurs biconiques étaient encombrants, sujets à des interruptions d'interventions à la suite manuelles sur des liaisons adjacentes et présentaient une perte d'insertion relativement importante par rapport aux conceptions actuelles de connecteurs pour fibre optique. Le connecteur SMA, comme le biconique, est l'un des types de connecteurs les plus répandus et a été conçu à la fin des années Il a été initialement réalisé pour les applications multimodes et comportait une ferrule en acier inoxydable. Des versions récentes ont été conçues pour des applications monomodes et utilisent une ferrule en céramique ou en alliage inoxydable. Il y a deux types de connecteurs SMA : le type 905, qui comporte une ferrule lisse, et le type 906 qui comporte un épaulement sur la circonférence extérieure de la ferrule. Les connecteurs SMA sont beaucoup utilisés dans les réseaux locaux, les câblages d'immeubles, les terminaisons actives d'équipements et pour l'instrumentation. Le connecteur FC considéré comme un connecteur de type ancien, a éclipsé les connecteurs biconiques et SMA. Les connecteurs FC ont été spécialement conçus pour les applications de télécommunications et se sont initialement développés hors des Etats-Unis. Ils s'y sont implantés dans les années 1980 et ont été les premiers à utiliser la nouvelle ferrule céramique standard de 2,5 mm. Ils présentaient également une bonne résistance aux déconnexions. Ce connecteur avait comme autre avantage un positionnement réglable, permettant de l'ajuster pour réduire les pertes. Le connecteur FC comportait un écrou de couplage assurant une connexion sûre ; toutefois, comme le biconique et le SMA, il ne permettait pas une connexion et une déconnexion rapides parce qu'il fallait visser ou dévisser l'écrou pour accoupler ou désaccoupler le connecteur. Les techniciens l'ont également trouvé difficile à utiliser, en particulier, pour des raisons d'accessibilité manuelle, comme tous les connecteurs filetés. Le connecteur de type D4 est similaire en apparence au connecteur FC parce qu'il utilise un écrou de couplage et un positionnement réglable. Ce qui le différencie réellement du second, c'est la ferrule de 2,0 mm intégrée dans sa conception. Les D4 ont constitué l'épine dorsale du déploiement des fibres optiques du milieu à la fin des années 1980 et ont été à la base des futures normes de l'industrie et des nouvelles conceptions de connecteurs. CONCEPTION DES CONNECTEURS CONTEMPORAINS La demande des utilisateurs pour de meilleures performances optiques, une plus grande fiabilité du réseau et des connecteurs plus facile à-mettre en oeuvre ainsi que l'avènement des réseaux de données dans les réseaux locaux,< H Scptembre 1999

3 LES COMMUNICATIONS OPTIQUES d'entreprise ont conduit au développement de nouvelles conceptions de connecteurs à partir du milieu des années Les nouvelles conceptions, particulièrement ST et compatibles ST, ainsi que le SC, ont commencé à remplacer la première génération de connecteurs dans la construction de réseaux à fibre optique. Dans certains cas, des opérateurs ont entamé des programmes de remplacement pour, rr z- passer à des connecteurs de performances supérieures sous la pression des utilisateurs. De nombreux autres programmes de remplacement ont également été lancés pour résoudre d'innombrables et coûteux problèmes de maintenance, dus aux insuffisances des installations d'origine, dans les armoires de raccordement des fibres optiques. y 2',.,. li Le connecteur ST peut être considéré comme la première des conceptions contemporaines de connecteurs. Il utilise la ferrule de 2,5 mm qui est disponible en céramique, zirconium, acier inoxydable ou en plastique et qui est produite en versions monomodes et multimodes. Une variété de styles de ferrules à contacts physiques céramique et zirconium permettent au ST d'obtenir des performances optimales. Il est aussi disponible en version " colle à froid ". Le connecteur ST est facilement reconnaissable avec son mécanisme de verrouillage rapide à bayonnette. A l'encontre des connecteurs filetés, le ST ne nécessite qu'un quart de tour pour une connexion ou une déconnexion complète. Pourtant, il présente l'inconvénient de ne pas résister à l'arrachement, ce qui signifie qu'il peut être déconnecté optiquement quand le câble est tiré. Le connecteur STII est un connecteur de type ST disposant d'une conception versatile, à écrou de couplage dans le manchon qui lui permet de fournir à la fois la déconnexion rapide du ST et une résistance à la déconnexion optique. Le connecteur STII, comme son homologue ST, est l'une des conceptions de connecteurs les plus utilisées et est largement adopté par les opérateurs de télécoms, la télévision par câble, les réseaux locaux et autres réseaux d'immeubles. Le connecteur SC, quant à lui, s'est déployé au début des années 1990, particulièrement chez les compagnies Bell régionales et plusieurs opérateurs indépendants. Il est disponible en conceptions monomodes et multimodes. Le SC se reconnaît facilement par son corps carré et utilise une fonction de pousser/tirer pour la connexion et la déconnexion. Cette fonction est appréciée par de nombreux utilisateurs car lorsque les ferrules entrent en contact avec le 1. Emetteurs réeepteurs optiques GBIC de Molex gui permettent une transmission optique dans la gamme du Gigatt, sur des fibres mononaodes ou multin 2odes et sur des M distances ;! af<gamf/0/ atteigant 10 kiloinètres. : </o ; 7! ef/'m.// Ils sont conçus o/ : f pour co ; 7M être pom cffg utilisés dans les réseaux de coiiiiiitinications de données et de téléconzmunications, le déploiement large bande, les interconnexions, les eomnautateurs ATM, les réseaux de disques, grands ordinateurs. les stations de travail et les centres nerveux des manchon d'accouplement du raccord, il n'y a pas de forces rotatives qui risquent d'endommager une fibre ou de rayer la ferrule. Cette fonction supprime aussi l'accumulation de particules dans le manchon d'accouplement du raccord, ce qui peut dégrader les performances optiques. Le SC est aussi conçu pour éviter l'arrachement. Un connecteur antiarrachement est conçu de façon à ce que la ferrule soit indépendante du logement du connecteur auquel la fibre est fixée. De ce fait, le connecteur maintient un contact optique quand le câble est tiré ou déplacé, supprimant le risque d'une interruption du service. Dans un connecteur non prévu pour résister à l'arrachement comme les premiers ST, la connexion peut être rompue quand le câble est tiré avec une force supérieure à celle du ressort, qui est d'environ 1 à 1,5 kg. Comme la connexion et la déconnexion du SC sont réalisées par une force longitudinale plutôt que par une rotation, il convient à des configurations de connexions duplex, parce qu'il nécessite moins de place pour l'insertion et l'extraction. Réflexivité maximum typique < - 30 db I Code couleur Suffixe du fabricant Rouge PC (Contact physique) < - 40 db < - 55 d < - 60 db Blanc Super Bleu foncé Ultra PC Vert* PC angle (APC) PC (SPC) (UPC). Dans de nombreux cas, outre la gaine, le corps du connecteur est également vert. N'S Septeb,c 1999

4 Les connecteurs à fibre optique Les connecteurs FDDI et ESCON ont été conçus comme des connecteurs duplex multimodes dans des applications qui ont été utilisés de réseaux de données hautes vitesses. Ces deux types de connecteurs sont apparemment similaires, toutefois, le connecteur FDDI se distingue par le blindage fixe qui protège la ferrule. Dans certaines versions, ce blindage est amovible. Le connecteur ESCON est conçu avec un blindage amovible qui se rétracte pendant l'engagement du connecteur dans un émetteur/récepteur ou un adaptateur hybride. Beaucoup a été fait avec la conception des types de connecteurs actuels pour améliorer les performances optiques haut de gamme, particulièrement dans le domaine de la réflectivité, ce qui a amélioré les caractéristiques de pertes en retour (RL) des connecteurs pour fibres optiques. Ces améliorations sont fonction des modifications faites non seulement dans la géométrie de la ferrule. mais également dans les procédés de polissage et de clivage. Les caractéristiques de réflectivité d'un connecteur monomode sont commodément identifiées par des codes de couleurs standards appliqués sur les gaines des connecteurs. Les fabricants de connecteurs attribuent aussi un suffixe au type de connecteur pour identifier sa spécification de réflexivité. La table des couleurs qui suit résume ces normes de l'industrie. CONCEPTION DES FUTURS CONNECTEURS Récemment, l'industrie a commencé à développer de nouvelles familles de connecteurs spécifiques s'ajoutant aux connecteurs hybrides qui entrent dans une catégorie située entre le connecteur standard et une épissure mécanique. Nombre de ces produits hybrides ont l'apparence d'un connecteur mais peuvent être dépourvus de ferrule ou ne nécessitent pas d'époxy ou de polissage. Toutes ces nouvelles conceptions de connecteurs sont destinées à réduire l'encombrement tout en augmentant la densité, réduire les travaux d'installation, simplifier l'outillage, accroître les performances et réduire les prix. De nombreuses conceptions nouvelles de connecteurs ont des propriétés communes : ce sont des connecteurs multifibres. Certains d'entre eux peuvent accepter des fibres en nappe : ils disposent de ferrules plus petites et sont tous destinés aux marchés du câblage des réseaux de données d'immeubles. Plusieurs nouvelles conceptions commencent seulement à trouver leur place sur le marché ou sont en cours d'approbation par les organismes de normalisation. Le cadre de cet article ne permet pas de décrire individuellement chacun de ces nouveaux connecteurs, toutefois, ils sont mentionnés pour permettre au lecteur de rechercher éventuellement plus de détails sur ces produits. Ces nouveaux connecteurs sont les suivants : MTP/MTO, MT/RJ, Mini-MT, Mini-MAC, FJ, SG, LC et SCDC/SCQC. Ce sera à l'utilisateur de décider en fin de compte quelle conception de connecteur lui convient le mieux. Bien qu'une épissure et un connecteur de fibre optique assurent fondamentalement la même fonction (qui est de relier deux ou plusieurs fibres optiques), l'application habituellement déterminer quelle est la meilleure approche. Des connexions permanentes, de faibles pertes, des problèmes d'environnement et un grand nombre de fibres à relier dicteront généralement le choix des épissures. Toutefois, il existe aujourd'hui sur le marché des connecteurs qui se comportent bien dans des environnements difficiles, avec de faibles encombrements qui permettent de les utiliser sur un grand nombre de fibres. Les connecteurs pour fibre optique sont mieux adaptés à des applications où la souplesse est nécessaire, comme les interconnexions va et les connexions croisées dans les centraux téléphoniques, les réseaux d'immeubles et les environnements de terminaux distants. Dans certains cas, un connecteur convient mieux qu'une épissure en raison de considérations d'encombrement qui interdisent d'approcher une machine à épissures. L'on commence à rencontrer aujourd'hui des applications où des connecteurs sont prévus dans des boîtiers, à côté des épissures, pour garantir une plus grande souplesse d'interconnexion. Quand des performances optiques élevées sont nécessaires, une épissure par fusion est habituellement préférée parce qu'il y a de nombreux facteurs à considérer qui peuvent affecter la performance. Le coût élevé d'une machine à épissures par fusion de masse, comparé au coût réduit d'une machine à épissures à fusion simple et au coût encore plus faible d'une machine à épissure mécanique, est une considération pratique qui va déterminer comment envisager la réalisation des épissures ainsi que le niveau de performance optique du réseau que vous pouvez accepter. Le coût des machines de polissage, des fours de durcissement, des outillages de terminaison et de la main d'oeuvre vont aussi déterminer si vous décidez un montage sur le site ou si vous achetez des connecteurs pour fibre optique pré-assemblés. En outre, le coût, la durée et la complexité de la formation peuvent influer sur votre choix entre épissure et connecteur..4, ; ;;,.. r.,,..y,-.., a. :.. :. 2. Le kit pour la réalisatioii de coiitacts optigues, Xpress Teriiiiiiatioii de Mole-Y dispose d'un procédé qui supprime le recours acex outillages ou aux fours de cuisson : un adhésif et un accélérateur sont appligués sur la fibre, produisant un collage immédiat entre la fibre et laferrule céramique. N'8 > ; i 1 Septembre 199,) 1 53

5 LES COMMUNICATIONS OPTIQUES Comme de plus en plus de câbles en cuivre sont remplacés par des fibres optiques et comme le trafic de données et Internet commence à dépasser le trafic vocal actuellement acheminé sur ces câbles, les problèmes de fiabilité réseau deviennent plus critiques que par le passé. Cela est dû notamment à deux problèmes critiques : les revenus générés par les services de données sont généralement plus lucratifs que le trafic vocal et la bande passante des fibres optiques nous permet d'acheminer beaucoup plus de trafic avec moins d'équipements. En effet, " nous mettons plus d'oeufs dans un même panier " et si un câble à fibre optique est arraché par une pelleteuse, le nombre de services interrompus peut être important. Selon la gravité de la coupure du câble, il peut être nécessaire d'en référer aux autorités de régulation. Comparée à la réparation d'un câble cuivre, la réparation d'une fibre optique est généralement plus efficace et plus rapide. Les méthodes et les procédures de réparation vont varier. Certains opérateurs optent pour des réparations temporaires en attendant une réparation définitive ; d'autres peuvent décider que la meilleure approche est de faire une réparation définitive pour éviter une nouvelle intervention sur le site de l'incident. La décision sera prise en fonction de plusieurs facteurs tels que l'amplitude des dégâts sur la 1 du fibre (interruption des abonnés), la taille du câble endommagé et la disponibilité en stock d'un câble de remplacement équivalent ainsi que de la durée estimée de la réparation. Tous ces éléments vont déterminer si on utilisera des épissures mécaniques, des épissures par fusion ou un connecteur de type hybride montable sur le site pour effectuer la réparation. Habituellement, les connecteurs ne sont remplacés qu'en cas de défectuosité par simple échange standard. Parfois, néanmoins, certains connecteurs seront remplacés dans le cadre d'un projet de remise à niveau global par des produits de nouvelle génération, particulièrement les nouveaux modèles adaptés au montage sur site. CONCLUSION Les connecteurs à fibre optique ont parcouru un long chemin dans leur évolution et vont continuer à s'améliorer en matière de fonctions, performances et prix. Il n'y a pas de recette infaillible pour le choix des connecteurs à fibre optique dans de nouveaux immeubles ou pour réparation. Chaque cas doit être étudié en fonction de son intérêt économique global. Brian GREGORY est responsable produit de la gamme Optoelectronic de Molex Fiber Optics inc.. USA. WB Septembre 1999