TP6 Transmission par Fibre Optique S3-Cycle 2 / Module M3205

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1 RESEAUX & TELECOMMUNICATIONS TP6 Transmission par Fibre Optique S3-Cycle 2 / Module M3205 RT2A Le but de ce TP est l étude d une ligne de transmission par fibres optiques, étude sur deux types de fibre et constituée en 3 parties : Etude à l'aide d'un réflectomètre optique Etude de la bande passante de la fibre Etude de l'atténuation de la fibre. 1 Rappels théoriques 1.1 Généralités sur les fibres optiques. La lumière au sens large (non restreint au domaine du visible de λ=0,4 µm à λ=0,8 µm) est une onde électromagnétique qui peut servir de support de transmission de l information. La propagation de la lumière dans l atmosphère étant très variable, une transmission longue distance en espace libre n est pas envisageable. Par contre sa transmission guidée dans une fibre optique présente les avantages suivants: Faibles pertes par propagation Large bande passante portée et capacité de débits très supérieurs aux câbles en cuivre Insensibilité aux perturbations électromagnétiques (C.E.M.) Couplage quasi nul entre fibres optiques gainées Robustesse, faible poids et faible encombrement Prix de revient modéré (coût global en général inférieur à la solution "cuivre") La technologie fibre optique est aujourd'hui mature grâce aux progrès faits sur la transparence des fibres, l'apparition de connecteurs et de composants optoélectroniques performants (diodes laser et photodiodes). Pour toutes les nouvelles installations de transmission à moyenne et à grande distance les fibres optiques sont désormais préférées aux câbles "cuivre". Les domaines d'applications sont les télécommunications, les liaisons et réseaux de données (transmission V.D.I. : Voix, Données, Images) ainsi que l'électronique (liaisons, capteurs et instrumentation). 1.2 Principe de la propagation guidée. Une fibre optique est un guide d onde diélectrique circulaire formé d un cœur entouré d une gaine de guidage. Si le cœur a un indice de réfraction n 2 supérieur à celui de la gaine n 1, un rayon optique peut alors se propager dans la fibre, celui-ci subissant des réflexions totales à chaque interface. Pour le verre, n 2 est de l'ordre de 1,5. Tous les rayons lumineux pénétrant dans une fibre ne sont pas guidés. En effet la réflexion totale n'a lieu que pour les rayons peu inclinés par rapport à l'axe de la fibre c est à dire ceux entrant dans le cône d'acceptance de demi-angle au sommet θ i max. Le sinus de cet angle θ i max définit l'ouverture numérique ON. On montre que ON = sin θ i max = n 1 n. Avec une différence d'indice de 1% on a ON 0,21 soit θ i max IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

2 Il existe principalement 2 types de fibres : Cône d acceptance Rayon réfracté Les fibres multimodes à saut Coeur (n 1 ) d d indice ou à gradient d indice. Rayon guidé Elles ont un diamètre de cœur d θ imax Gaine (n 2 ) grand devant la longueur d onde λ (de 50µm à 200 µm). Plusieurs trajectoires ou plusieurs modes sont autorisés pour se propager dans la fibre. Axe de propagation Dans les fibres où le diamètre de cœur d est beaucoup plus petit, les trajets sont pratiquement rectilignes : ces fibres sont dites monomode. Fibre multimode à saut d indice Profil d indice Etalement des impulsions τ m Impulsion émise τ t Fibre multimode à gradient d indice t τ m t Fibre monomode t 1.3 Les fibres multimodes Fibre à saut d indice (SI) Le cœur a un indice de réfraction constant. La différence d indice entre le cœur et la gaine est faible, en effet le coeur est légèrement dopé afin que n 2 >n 1 Selon l angle d incidence θ i, la lumière se répartit sur un certain nombre de trajectoires en zig-zag autorisées appelées modes. Appliquons une brève impulsion de lumière à l'entrée de la fibre. La figure ci-dessus montre les différents trajets correspondant aux différents modes de la fibre. Leur trajectoire est différente même ils ont la même vitesse de phase (n 2 constant). Leur temps de propagation sera alors différent. Le mode fondamental (trajet le plus direct) arrivera en premier tandis que le mode extrême arrivera en dernier. Du fait de la dispersion des temps de propagation, une impulsion lumineuse injectée à l entrée de la fibre va arriver sous forme d un grand nombre d impulsions décalées. Il en résulte en sortie un étalement de l'impulsion : c'est la dispersion modale. Une forte ouverture numérique (θ i max élevé) permet de coupler une grande quantité de lumière mais induit une forte dispersion modale. A cette dispersion modale s'ajoute la dispersion chromatique due à la variation de n 2 avec λ lorsque la source n'est pas monochromatique. Elle est négligeable devant la dispersion modale. Diamètre du Atténuation (db/km) pour Bandes passantes (MHz.km) Ouverture Numérique (ON) cœur (µm) λ=0.85 µm pour λ=0.85 µm IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

3 1.3.2 Fibres à gradient d'indice (GI) Elles ont été spécialement conçues pour les télécommunications afin de minimiser l'effet de la dispersion modale, sans trop réduire l ouverture numérique et donc la puissance optique couplée. Dans ces fibres, l indice de cœur diminue depuis l axe jusqu'à l interface cœur-gaine suivant une loi parabolique. Les rayons suivent alors des trajectoires quasi-sinusoïdales avec des temps de parcours sensiblement égaux. En effet aux trajets les plus longs (éloignés de l axe) correspondent des indices de réfraction plus faibles, soit des vitesses v = c/n 2 plus élevées compensant ainsi l augmentation de la longueur du trajet. La dispersion modale est considérablement réduite comme on le voit ci-dessus. Longueur d onde λ (µm) Diamètre du cœur (µm) Atténuation (db/km) Bandes passantes (MHz.km) Ouverture Numérique (ON) ~ 3 ~ ~ 0,6 ~ Indice de réfraction (n) Bande passante On mesure généralement la bande passante B qui est la réponse fréquentielle ou la transformée de Fourier de la réponse impulsionnelle. On rappelle que pour transmettre un signal, on module la puissance lumineuse. On définira alors une fréquence de coupure ou une bande passante B lorsque l amplitude de modulation aura chutée de 3 db. La puissance moyenne optique émise à l entrée et à la sortie sont constantes. Si la fréquence augmente, les crêtes et les creux de modulation deviennent des "pics" qui vont subir, comme précédemment, un étalement dans le temps, suite aux décalages entre les différents temps de parcours. L élargissement est proportionnel à la longueur de la fibre B lui est donc inversement proportionnel et on peut dire que le produit "bande passante.longueur" est constant. Ce terme, exprimé en "MHz.km", est une caractéristique essentielle des fibres multimodes (B SI 10 à 50 MHz. km et B GI 200 MHz. km). Au cours de ce TP, on utilisera une méthode harmonique pour mesurer la bande passante des fibres décrite sur la figure ci-dessous. 1.4 Les fibres monomode Elles sont du type à saut d indice. Lorsque le diamètre de cœur d est inférieur à 10 µm et la différence d indice inférieure à 0,5 %, il est possible de n avoir qu un seul mode qui se propage au voisinage de l axe pour une certaine plage de longueur d onde. Pour la fibre monomode standard 9/125, on l utilise à λ=1.3 µm et à λ=1.55 µm. L avantage principal de ce type de fibre est sa très grande bande passante due à l absence de dispersion modale. Seule subsiste une dispersion chromatique. En effet, l indice n 2 variant avec la longueur d onde, il y a une variation du temps de propagation avec celle-ci. On réduit cet effet par l emploi de diodes laser qui ont une bande spectrale beaucoup plus étroite qu une diode électroluminescente ( B > 10 GHz. km). IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

4 1.5 Atténuation dans les fibres optiques Parmi les causes d atténuation de la puissance lumineuse transmise dans une liaison par fibre optique on distingue : Les pertes intrinsèques liées au matériau utilisé. Ce sont les pertes par diffusion et par absorption Les pertes extrinsèques dues aux facteurs extérieurs à la fibre (raccordements, pose, etc...) Pertes intrinsèques dues au matériau L atténuation de la lumière dans une fibre de longueur l se caractérise par un terme d atténuation linéique α, exprimé en db/km: Pl 10 log 10 P i α = l où P i est la puissance couplée à l entrée de la fibre et P l est la puissance à la sortie de la fibre. Cet affaiblissement est constant quel que soit la fréquence de modulation jusqu'à ce qu intervienne la dispersion modale. La constante α dépend du matériau et de la longueur d onde utilisée. Pour les fibres de silice la courbe α(λ), représentée ci-dessous, fait apparaître trois phénomènes : Pertes par diffusion dite de Rayleigh : Cette diffusion appelé diffusion de Rayleigh est due à des variations locales de l indice de réfraction de la Silice liées à des inhomogénéités et des impuretés. On montre qu elle varie en 1/λ 4 ce sont donc les faibles longueurs d onde du spectre visible qui sont les plus diffusées. Cette diffusion a lieu dans toutes les directions et est pratiquement isotrope. La lumière diffusée radialement sort de la fibre et est perdue. Celle diffusée en arrière, du côté de la source, ou rétrodiffusion est mise à profit dans les réflectomètres optiques.ces pertes par diffusion de Rayleigh représentent l essentiel des pertes dans les fibres silice. La loi en 1/λ 4 implique que ces pertes sont plus faibles aux grandes longueurs d onde d où l intérêt de la 3 ième fenêtre à 1,55 µm Pertes par absorption dans l'infra-rouge: Il y a absorption par le matériau dans l infrarouge ce qui limite le domaine de transparence à 1,7 µm pour la silice et à 0,8 µm pour le plastique qui ne transmet que la lumière visible Pertes par absorption propre à la silice: Il y a en plus des pics d absorption liés à la présence d impuretés dans le matériau qui absorbent à certaines longueurs d onde. Ce sont surtout les ions OH qui absorbent vers 0,9 et 1,4 µm.la réduction de l affaiblissement linéique est avant tout une affaire de technologie. Les diverses courbes ci dessus montrent les progrès technologiques réalisés depuis IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

5 1.5.2 Pertes extrinsèques Il s agit des fuites de lumière hors du guide provoquées par des discontinuités ou des déformations. Il est parfois nécessaire de raccorder deux fibres soit par des épissures (raccordements définitifs) ou par des connecteurs (raccordements démontables). Dans ces cas, les causes de pertes sont les réflexions de Fresnel à la traversée des 2 interfaces verre/air et air/verre (différences de Z c ). On l'évite en réalisant soit des épissures mécaniques avec l'emploi d'un gel d'indice adéquat, soit des épissures par fusion. Les défauts de positionnement relatif des 2 fibres (écartement, désalignement, excentrement transversal des 2 coeurs par défaut de concentricité cœur/gaine) peuvent aussi induire des pertes. Enfin, si l on courbe trop la fibre, on modifie les conditions de réflexions totales à l interface cœur/gaine. Le rayon peut alors être réfracté dans la gaine. On distingue les pertes par courbures (rayon de courbure < à quelques cm) et celles par micro-courbures (suites à des contraintes mécaniques dues au sertissage d'un manchon de connecteur). 2 Composants et interfaces optoélectroniques 2.1 Structure d un système de transmission sur fibre optique : Interfaces optiques d'émission (interfaces électro-optiques) Les diodes émettrices utilisées sont de 2 types : les diodes électroluminescentes et les diodes laser. Ces diodes, polarisées en direct, émettent un rayonnement dans le visible et le proche infrarouge Diodes électroluminescentes Une diode électroluminescente est une jonction polarisée en direct. Dans les semi-conducteurs, dits directs, la recombinaison d une paire électron-trou est radiative c est à dire qu un électron de conduction retombant dans la zone de valence émet un rayonnement de fréquence ν telle que hν = E g où h est la constante de Planck et E g est la différence entre les deux niveaux d énergie. A la fréquence ν correspond une longueur d onde émise λ = c/ν = hc/ E g. La longueur d onde d émission dépend de la nature du semi-conducteur utilisé qui est du type III-V (alliages divers à base de Ga, As, P, In, etc. ) Diodes lasers Ce sont des oscillateurs optiques où interviennent une fonction d'amplification de lumière et une structure optique résonnante jouant le rôle de la contre-réaction. La première nécessite un matériau spécifique transférant par exemple une énergie électrique extérieure en une énergie lumineuse. La seconde est simplement une cavité (par exemple deux miroirs face à face) permettant à la lumière de faire de nombreux aller-retour. Elles émettent un faisceau lumineux plus puissant et plus chromatique qu une diode électroluminescente. La fréquence de modulation peut alors atteindre plusieurs dizaines de GHz Détecteur optique Leur rôle est de convertir le signal optique en signal électrique en apportant le minimum de bruit. Elles comprennent le photo détecteur (photodiode PIN) suivi d'un préamplificateur. On a vu le principe de la photo détection : conversion d'un photon en une paire électron-trou.pour obtenir un bon rendement on utilise une diode PIN polarisée en inverse. En l'absence d'éclairement, on a le courant inverse de saturation I S appelé courant d'obscurité. En présence d'éclairement, ce courant inverse augmente avec la quantité de photons reçus. Outre le courant d'obscurité, les caractéristiques essentielles sont : La sensibilité (rapport entre le courant de la diode et la puissance optique reçue : photodiodes Si => 0.3 µa/µw) La réponse spectrale (diodes Si : 0.4 µm -1 µm, diodes Ge et à alliages (In, Ga, As, P, etc..) couvrent les 2ième et 3ième fenêtres télécom) La vitesse de réponse (temps de montée tr et de descente tf de l'ordre de la ns) Le courant d obscurité (Courant diode en l'absence de lumière. Il est de l'ordre de quelques dizaines de µa à 25 C et dépend fortement de la température,100 fois plus à 90 C). IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

6 2.2 Notion de bilan de liaison: Définition du bilan de liaison Un système de transmissions optiques comprend des émetteurs, des récepteurs et un réseau de connexions. Les émetteurs sont caractérisés par une puissance optique de sortie exprimée en dbm. Elle correspond à la valeur crête du signal optique aussi bien en transmission numérique qu en transmission analogique (modulation d amplitude). Elle dépend du diamètre de coeur de la fibre : on parle de puissance couplée à l'entrée de la fibre. Les récepteurs sont caractérisés par une sensibilité également exprimée en dbm. Elle correspond à un rapport signal/bruit de 54 db en vidéo et 40 à 50 db en audio. Le bilan de liaison correspond au maximum de pertes permises entre l émetteur et le récepteur. Il est égal à la différence en db entre la puissance émise et la sensibilité du récepteur. Dans le calcul de ce bilan de liaison on doit prévoir une marge de sécurité somme d une marge de fonctionnement et d une marge de maintenance. La marge de sécurité tient compte de la variation des caractéristiques des composants avec la température et le vieillissement. La marge de maintenance correspond, elle, aux incidents que peut subir le câble optique (sectionnement accidentel par une pelle mécanique e.g. réparé avec une épissure qui entraîne des pertes supplémentaires). La marge de sécurité recommandée est de 3dB. Les pertes totales en ligne (fibre + connexions) doivent être inférieures à ce bilan de liaison (compte tenu de la marge de sécurité) Evaluation des pertes Rappelons les ordres de grandeur de l atténuation qui dépend de la longueur d onde de travail, du diamètre du coeur et du nombre de modes : Multimodes SI Multimodes GI Multimodes GI Monomode λ en µm Pertes en db/km Les connexions comprennent les connecteurs (débrochables) et les épissures (connexions définitives).les pertes typiques des connecteurs sont: Type de connexion ST SMA Biconiques Epissures (fusion) Epissures (mécanique) Pertes en db Exemple de calcul d un bilan de liaison: Les 10 caméras vidéo d un bâtiment A sont reliées à la salle de contrôle d un bâtiment B situé à 2,5km par une fibre multimode 50/125 avec λ=0.85 µm (1 km de câble enterré et 1,5 km de câble aérien reliés par une épissure). Les câbles de liaison entre émetteur et récepteur sont considérés de longueur négligeable devant les deux autres. IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

7 Evaluation des pertes : Les pertes câble sont de 3 (1 + 1,5) = 7,5 db. Les 2 tronçons sont reliés par une épissure mécanique : pertes de 0,5 db. Les connecteurs côté émetteurs et côté récepteurs sont du type ST : pertes de 2 0,5 = 1 db. L atténuation totale de la transmission est donc de 7,5 + 0,5 + 1 = 9 db en brut et de 12 db avec la marge de sécurité (3 db). On suppose que la puissance émise est de 20 dbm et que la sensibilité est de 36 dbm. D où un bilan brut de liaison de 20 ( 36) = 16 db. On a donc une marge de = 4 db. 3 Réflectométrie optique Dans le TP "Étude de la propagation sur une ligne" on voit la technique de la réflectométrie temporelle (ou T.D.R.: Time Domain Reflectometry) qui permet de détecter et de localiser des ruptures d'impédance éventuelles sur une ligne électrique à partir d'une de ses extrémités. Il s'agit ici d'une technique analogue mais appliquée aux fibres optiques : c'est la réflectométrie optique (ou O.T.D.R. : Optical Time Domain Reflectometry). Dans les liaisons par fibres optiques, on utilise souvent plusieurs fibres mises en série avec des connexions qui représentent une discontinuité géométrique entraînant des pertes. La mesure d'atténuation, vue précédemment, nécessite d'avoir accès aux 2 extrémités d'une liaison pour y placer d'un côté une source optique et de l'autre un puissance-mètre optique, ce qui la rend impraticable pour une liaison longue. De plus elle ne permet pas de localiser des défauts éventuels. En revanche, la technique de la réflectométrie optique permet de déterminer, à partir de l'une des extrémités de la liaison optique : la longueur de la fibre, le détail de l'affaiblissement linéique, la localisation et la nature d'éventuels défauts intermédiaires. Le réflectomètre optique constitue l'appareil de base de l'installateur de réseaux optiques : il est utilisé aussi bien en cours d'installation qu'après, pour vérifier que la liaison satisfait aux cahiers des charges (bilan de liaison). 3.1 Principe d'un réflectomètre optique Un réflectomètre ressemble à un oscilloscope : sa fonction est d'émettre une impulsion de lumière dans une fibre et de visualiser la lumière renvoyée à l'entrée. La figure ci-contre représente son schéma de principe. Des impulsions lumineuses très brèves sont émises par une diode laser (source commandées par un générateur d'impulsions. Elles sont transmises à la fibre sous test par l'intermédiaire d'un coupleur. Au cours de la propagation dans la fibre, la lumière est faiblement absorbée d'une part, et diffusée d'autre part, i.e. réémise dans toutes les directions par les inhomogénéités d'indice du cœur : c'est la diffusion de Rayleigh définie précédemment (voir figure ci-dessous). La très faible partie de cette puissance optique diffusée et guidée vers l'arrière constitue la rétro-diffusion (back-scattering). La puissance rétrodiffusée est très faible : en un point elle représente environ 1/ ième de la puissance incidente en ce point. Le flux lumineux rétroguidé parvient au photo détecteur par l'intermédiaire du coupleur. Le signal détecté est amplifié avant d'être affiché en ordonnées IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

8 logarithmiques en fonction du temps sur l'écran. Un rapport signal sur bruit convenable est obtenu par moyennage du signal sur un grand nombre d'acquisitions suivi d'un filtrage. Le taux de décroissance du signal rétrodiffusé (la pente de la courbe obtenue) donne accès à l'affaiblissement linéique local de la fibre testée. Il y a d'autres causes de retour de la lumière en direction de la source. Ce sont notamment les discontinuités d'indice de réflexion rencontrées : au niveau des soudures (épissures) ou dans le cas grave d'une fracture (fêlure) de la fibre. au niveau des connecteurs par les transitions fibre-air ou air-fibre, les fibres étant alors séparées par un espace d'air. A ces différences d'indice correspondent des différences d'impédance caractéristique donnant lieu à un coefficient de réflexion R et par conséquent à un "écho". La quantité de lumière réfléchie se traduit sur la courbe de rétrodiffusion par un pic appelé "pic de Fresnel". En effet l'amplitude de ces échos est très supérieure à la rétrodiffusion et ils émergent très nettement sur la courbe de rétrodiffusion. Ces pics permettent de situer les défauts et obstacles tout au long de la liaison optique et de déterminer la position de ceux-ci. L'atténuation de l'impulsion initiale lors de sa progression dans la fibre et celle de l'écho revenant vers la source est illustrée ci-dessous où le niveau du flux rétrodiffusé est représenté en fonction du temps et de l'espace dans le cas : d'une fibre homogène ; d'une fibre présentant deux défauts : l'un réflectif, l'autre non réflectif. 3.2 Analyse du signal observé sur l'écran Il faut remarquer que, dés le début de l'impulsion émise par la diode laser, de la lumière est réfléchie à la t sortie du réflectomètre sur le connecteur de liaison à la fibre sous test. Compte-tenu du très fort niveau de l'impulsion laser, ce pic de Fresnel sature la photodiode pendant une durée assez importante (un détecteur saturé met du temps à se désaturer et à retrouver sa sensibilité): il lui correspond une zone aveugle ou zone morte de 20 à 30 m de fibre (on a de même une zone morte après chaque pic de Fresnel). IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

9 4 Préparation 4.1 Interface Optique d'émission. La puissance optique moyenne couplée dans la fibre de liaison d entrée 62.5/125 par l'émetteur IFOTEC est de 10 dbm (valeur typique). Quelle est la valeur correspondante en Watt? 4.2 Pertes et bande passante On doit utiliser une fibre GI d une longueur de 3 km, avec une longueur d onde de 850 nm. Calculer les pertes de propagation. Calculer la bande passante de cette fibre. 4.3 Coefficient de réflexion Le coefficient de réflexion en intensité R au bout de la fibre dépend des indices de réfraction de la fibre (n f = 1.496) et de celui du milieu à l'extrémité (n). 20 log n n f R= n f + n Calculer la valeur de R avec l'extrémité de la fibre dans l'air (n = 1). Les composants optoélectroniques sont fragiles et chers. On en prendra le plus grand soin. En particulier on ne forcera pas sur les connecteurs et on replacera les capuchons protecteurs après utilisation. Les mesures comprennent 3 parties. 5 Mesure 1 : Réflectométrie optique Matériel 1 réflectomètre optique JDSU MTS rouleaux de fibres Silice : fibre 1 à GI de 500 m, Fibre 2 à GI de 250 m et fibre à tester à GI de 3 km Raccords pour fibres avec des connections ST sur les rouleaux disponibles Mise en garde : Les radiations laser peuvent occasionner des dommages irréversibles aux yeux (décollement de la rétine) on ne cherchera pas à observer l'extrémité de la liaison! et on ne débranchera pas la fibre 1 dite fibre amorce!! Allumer le réflectomètre en appuyant sur la touche ON/OFF pendant quelques secondes. Connexion PC-JDSU Vous pouvez vous connecter au réflectomètre depuis votre PC pour le piloter et (ou) faire des copies d'écran. Il faut d'abord vérifier la connexion : Le JDSU doit-être connecté à la deuxième carte réseau du PC. JDSU a pour adresse IP : ( ) Deuxième carte réseau du PC a pour adresse IP : ( ). Vérifier la connexion par ping. Lancer le client VNC (Démarrer / RTTelecom/ tightvnc Viewer) en entrant l'adresse IP du JDU. Réglage du JDSU Appuyer ensuite sur la touche SETUP et régler les conditions suivantes : Acquisition (Mode Manuel, Laser 850 nm, Impulsion 30ns, Portée 5km, Résolution Auto, Effacer courbes sur start oui et Temps de mesure 10s) IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

10 Mesures o Détection ( Epissure Tous, Réflexion Tous, Fantôme oui, Fin de fibre auto, Evt après fin fibre non, perte totale Avant evt) o Indice Réfraction (Indice prédéfini Corning 62.5) o Coeff. Rétrodiffusion (Coeff. Prédéfini Generic 62.5) o Fibre amorce de début non o Fibre amorce de fin non 5.1 Connecter à la fibre 1 de 500 m la fibre à tester à GI de 3 km. O.T.D.R Fibre 1: 500 m Fibre à tester Appuyer alors sur START/STOP. La courbe de rétrodiffusion doit apparaître dans sa totalité, cette page est toujours accessible à partir du bouton RESULTS. Pour voir éventuellement toute la courbe utiliser Zoom Auto. Avec Table afficher en même temps la courbe et la liste des évènements. Relever la courbe (avec la liste des évènements) en spécifiant l origine de tous les pics observés (Penser à inverser les couleurs pour éviter d imprimer trop de noir) Donner ensuite les valeurs suivantes : - Longueur de la fibre à tester - Pertes du tronçon de la fibre à tester en db - Pertes de propagation de la fibre à tester en db/km - Pertes du connecteur - Pertes totales de la liaison - Réflectance en bout de la fibre à tester - Optical Return Loss Choisir dans la menu SETUP\Acquisition\Laser la longueur d onde 1300nm et faire une nouvelle acquisition. Relever dans le menu Mesures\Indice Réfraction la nouvelle valeur de l indice de réfraction pour cette longueur d onde. Relever la nouvelle courbe (avec la liste des évènements) Donner ensuite les valeurs suivantes : - Longueur de la fibre à tester - Pertes du tronçon de la fibre à tester en db - Pertes de propagation de la fibre à tester en db/km - Pertes du connecteur - Pertes totales de la liaison - Réflexion en bout de fibre à tester Quelle longueur d'onde doit-on utiliser pour que les pertes par propagation soient les plus faibles? Choisir de nouveau la longueur d onde de 850 nm. Placer un cordon court entre les deux fibres et faire une nouvelle acquisition. Placer le curseur B sur la position du cordon et faire un zoom. Est-ce que le cordon est détecté? Refaire la même mesure en changeant au préalable la durée de l impulsion dans SETUP\Acquisition\Impulsion. Relever la courbe qui illustre, au mieux, la présence du cordon et de ses deux connecteurs Peut-on mesurer les pertes de propagation du cordon? Choisir de nouveau 30ns. air IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

11 5.2 Connecter aux deux fibres, la fibre 2 de 200 m (Fibre en hauteur). La fibre 2 est constituée de 2 bobines reliées par une épissure. La deuxième bobine est enroulée serrée sur un long tube vertical. Relever la nouvelle courbe (avec la liste des évènements) pour 1300 nm Faire un zoom sur l'épissure. Si elle n'apparait pas augmenter le temps d'acquisition. Préciser la position et les pertes induites par l épissure fusion située dans la fibre 2. Relever alors la courbe correspondante Quelles sont les différences sur les traces caractérisant une épissure fusion et un connecteur classique? Mesurer les pertes de propagation A 1 et A 2 en db/km des deux tronçons de la fibre 2. Pourquoi ces deux valeurs sont différentes? 5.3 Connecter seulement l OTDR à la fibre 1 de 500 m (Fibre amorce seule). Aller dans SETUP\Mesures\Détection\Avt après la fin de fibre OUI. Faire une nouvelle acquisition. Appuyer sur Zoom auto pour avoir l ensemble de la courbe. En utilisant éventuellement la fonction zoom ou shift visualiser aussi la zone après la fin de la fibre. Relever la courbe (avec la liste des évènements). Relever la longueur correspondant à l événement du dernier pic cette fois-ci pris en compte par l OTDR. En déduire son origine. Aller dans SETUP\Mesures\Détection\Avt après la fin de fibre NON. IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

12 6 Mesures 2 : Mesure de la bande passante d'une fibre Matériel 1 Générateur synthétisé IFR Analyseur de spectre Adventest 1 émetteur et 1 récepteur IFOTEC 1 rouleau de 3 km de fibres optiques GI (Rouleau bleu) 2 jarretières ST-EC et 2 raccords ST 6.1 Présentation des maquettes Interface Optique d'émission (Transmitter) L 'émetteur optique choisi est une diode laser à 780 nm connectorisée en ST, cet émetteur est optimisé pour des fibres silice à GI 62,5/125 µm utilisée en manipulation, la puissance optique couplée est de 10 dbm. La maquette est alimentée en continu (0V et 12 V). Une sortie coaxial permet d injecter un signal modulant. Une courte fibre de liaison optique permet de passer d une connectique EC (à la sortie de l émetteur) à une connectique ST Interface Optique de réception (Receiver). Le récepteur optique choisi est constitué d une diode PIN suivi d un préamplificateur intégré. Il est optimisé pour détecter la longueur d onde utilisée soit λ=780 nm. Une courte fibre optique de liaison permet de passer d une connectique ST à une connectique EC (à l entrée du récepteur). 6.2 Régime harmonique tracé manuel Générateur IFR et analyseur Adventest Les mesures, à relativement hautes fréquences, sont délicates et nous allons mesurer non pas directement l'atténuation de la fibre mais ses pertes d'insertion (ce qui, en valeur, revient presque au même). Le principe est le suivant : On a une chaîne classique de transmission : Générateur ligne de transmission Réception On ne mesure que la puissance reçue en réception 1) D abord avec une ligne de transmission de même type que celle à tester mais avec une longueur négligeable (1mètre). Soit PO en dbm. 2) Ensuite avec la ligne à tester (3000 mètres). Soit P1 en dbm 3) P0 P1 représente la perte de puissance en passant de 1m à 3000 m, soit pratiquement l atténuation de la bobine de 3000 m Réglages du générateur et de l'analyseur de spectre Relier directement la sortie du générateur à l analyseur. Régler le générateur synthétisé IFR 2025 pour avoir une tension sinusoïdale à la fréquence de 10 MHz (Carr Freq / 10 MHz) avec un niveau de puissance de -10 dbm (RF Level / -10 dbm). Réglage de l'analyseur de spectre Adventest : Puisque nous allons travailler entre 10 MHz et 100 MHz, il faut régler sa fenêtre d'observation entre 0 et 100 MHz : Réinitialiser l'analyseur par SHIFT puis PRESET Régler la fenêtre d'observation par FREQU / Start / 0MHz puis FREQU / Stop / 100 MHz Vérifier que la raie soit bien à 10 MHz avec une puissance = -10dBm. IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

13 6.2.2 Ligne de transmission sans fibre à tester Régler le générateur synthétisé pour avoir une tension sinusoïdale à la fréquence de 10 MHz avec un niveau de puissance de -10 dbm. Connecter une fibre courte (ou fibre de liaison de couleur bleue) entre les deux fibres de liaison entre elles avec les adaptateurs appropriés. Alimenter les maquettes. Observer le signal récupéré à la sortie du détecteur sur l analyseur. Mesurer P0(f) en dbm (f allant de 10 MHz à 100 MHz) et vérifier qu'elle ne change pas dans cette gamme de fréquence. Regrouper ces mesures dans un tableau Excel avec 10 lignes (de 10 MHz à 100 MHz) Relever le spectre pour F = 10 MHz Pour faire une copie d'écran de l'analyseur de spectre Advantest, consulter la page suivante de l'intranet : Aides Techniques / Copie d'écran / Advantest R Ligne de transmission avec la fibre à GI Brancher la fibre à GI de 3 km à tester entre les deux fibres de liaison. Vérifier que la fibre atténue trop le signal Corriger en annulant l atténuation interne de l analyseur (LEVEL / ATT / Man / 0 db). Mesurer de nouveau P1(f) en dbm pour les mêmes points de mesure (f allant de 10 MHz à 100 MHz) Compléter le tableau Excel Relever le nouveau spectre pour F = 10 MHz P1 - P0 (en db) représente alors les pertes de la bobine de 3 kms (principe des mesure de pertes d insertion). Calculer ces pertes entre 10 MHz et 100 MHz sur votre tableau Excel Calculer ensuite l'atténuation en puissance optique en divisant par 2 l'atténuation en puissance électrique. Faire une copie de votre tableau Excel complet. Tracer en échelle semi-logarithmique l'atténuation de puissance optique en fonction de F. Comparer l'atténuation en BF (à 10 MHz par exemple) avec celle mesurée avec le réflectomètre. La courbe doit faire apparaître une fréquence de coupure à 3dB. Noter sa position sur le graphe. Mesurer précisément sa valeur en la repérant à l aide de l analyseur de spectre. Quelle est la valeur de P1 correspondante? Relever le spectre (avec le marqueur) à cette fréquence de coupure. En déduire la bande passante optique normalisée de la fibre en MHz.km. La comparer à la valeur théorique. IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14

14 7 Mesures 3 : Mesures d atténuation Matériel 1 Source optique Fibre Optique Silice FOS-121A 1 Puissance-mètre FOT - 11A 3 Tronçons courts Fibre Optique Silice FOS (62,5 /125 µm) : jarretière 1 rouleau de 3 km de fibres optiques GI (fibre jaune avec un rouleau bleu) 2 Raccords (traversées) 7.1 Calibration Toutes les mesures se feront à 850 nm, longueur d'onde de la 2 ème fenêtre télécom. La source optique est FOS A. Relier le Wattmètre optique FOT 11A à la source précédente avec 2 jarretières et 1 raccord. Mesurer la puissance P 1 en dbm. 7.2 Mesure des pertes d'insertion d'un connecteur Insérer une troisième jarretière à l'aide d'un deuxième raccord. Mesurer les puissances reçues P2 et P2 en dbm (dans les 2 sens en retournant la jarretière). En déduire les atténuations A12 et A21 et calculer la valeur moyenne A en db. La longueur de la fibre étant faible, on supposera que les pertes observées résultent seulement de la connectique supplémentaire rajoutée. En déduire alors les pertes d insertion d un connecteur en db. 7.3 Mesure de l'atténuation d'un tronçon de 3 km de fibre optique. Mettre à la place de la jarretière, la fibre à GI à tester de 3 km. Mesurer la puissance reçue P 3 et P 3 en dbm (dans les 2 sens en retournant fibre à tester).. Mesurer les atténuations A' 12, A' 21 et la valeur moyenne A' en db. Les pertes des connecteurs étant supposées identiques, on peut dire que les pertes observées résultent seulement de l'atténuation A f due à la fibre seule. En déduire alors l'atténuation A f de la fibre. Comparer aux valeurs mesurées précédemment. En déduire l'atténuation linéique α en db/km. Comparer à la valeur théorique. Ranger tous les composants dans le casier avec leur bouchon de protection! IUT de Grenoble - RT TpFO-14.doc /07/14