Les fibres optiques Notions fondamentales (Câbles, Connectique, Composants, Protocoles, Réseaux...) - 2ième édition

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1 Généralités sur les fibres optiques 1. Définition Préjugés et vérités Définition d'une liaison optique Avantages des fibres optiques Largeur de bande passante et débit Affaiblissement linéique Immunité électromagnétique Taille et poids Furtivité et secret des transmissions Sécurité Principe de fonctionnement des fibres optiques Caractéristiques de la lumière Célérité de la lumière et indice absolu d'un milieu Longueur d'onde et spectre électromagnétique Lois de l'optique géométrique Première loi de Descartes ou loi de la réflexion Deuxième loi de Descartes ou loi de la réfraction Réfringence et angle critique Application à la fibre optique Constitution d'une fibre optique Principe de fonctionnement d'une fibre optique Ouverture numérique Merci, monsieur Kao 35 Types de fibres optiques et fabrication 1/15

2 1. Différents types de fibres optiques Fibres optiques multimodales Fibres optiques multimodales à saut d indice Fibres optiques multimodales à gradient d indice Fibres optiques unimodales Autres types de fibres optiques Fibres optiques spécifiques Fibres optiques en plastique Longueurs d onde opératoires Gamme des longueurs d onde opératoires Élargissement des plages de longueurs d onde pour les fibres unimodales Principales caractéristiques physiques Caractéristiques géométriques Caractéristiques de transmission Affaiblissement du signal Bande passante optique Bande passante électro-optique Longueur d'onde de coupure Dispersion chromatique Dispersion de polarisation Dispersion modale de polarisation Temps de propagation de groupe différentiel Principales normes de transmission Fabrication des fibres optiques Principe général de fabrication Oxydation extérieure en phase vapeur Décomposition chimique modifiée en phase vapeur Décomposition chimique de vapeur activée par plasma Autres procédés Principe du fibrage Principe du dopage 56 2/15

3 Panorama des fibres optiques unimodales 1. Normalisation des fibres optiques unimodales Organismes de normalisation Union internationale des télécommunications Commission électrotechnique internationale Association française de normalisation Autres organisations Principales recommandations pour les fibres optiques unimodales Rappel historique Recommandation UIT-T G Évolution de la recommandation G Caractéristiques principales de la recommandation G Recommandation UIT-T G Évolution de la recommandation G Caractéristiques principales de la recommandation G Recommandation UIT-T G Évolution de la recommandation G Caractéristiques principales de la recommandation G Recommandation UIT-T G Évolution de la recommandation G Caractéristiques générales de la recommandation G Recommandation UIT-T G Évolution de la recommandation G Caractéristiques principales de la recommandation G Recommandation UIT-T G Évolution de la recommandation G Caractéristiques principales de la recommandation G /15

4 7.2.1 Quatre sous-catégories des fibres G Modification de l'épaisseur du revêtement Correspondance des normes UIT-T et CEI 94 Fibres multimodales et fibres spéciales 1. Organismes de normalisation Correspondances entre organismes Organisation internationale de normalisation Principales fibres optiques multimodales Rappel historique et ancêtres à gros cœur Rappel historique des fibres multimodales Ancêtres à gros cœur des fibres multimodales Recommandation UIT-T G Fibres optiques multimodales OMx pour les réseaux locaux Fibres optiques multimodales OM Fibres optiques multimodales OM2 et OM Arrivée des fibres multimodales OM Nouvelles fibres 50/125 à faible rayon de courbure Liaisons entre fibres de cœurs différents Fibres optiques spéciales Fibres multimodales à revêtement renforcé Fibres optiques à maintien de polarisation Fibres optiques résistant aux hautes températures Fibres optiques dopées aux terres rares Autres exemples de fibres optiques spécifiques Fibres optiques multicœurs Pourquoi ces nouvelles fibres? Principaux problèmes rencontrés 119 4/15

5 4.3 Exemples de fibres optiques multicœurs Exemple de fibre multimodale multicœur Exemples de fibres unimodales multicœurs Fibres optiques en plastique Généralités sur les fibres optiques en plastique Fibres optiques en plastique type PMMA Fibres optiques en plastique évolué Principaux types de fibres optiques en plastique Association POFTO 127 Câbles à fibres optiques 1. Généralités sur les câbles à fibres optiques Constitution d'un câble à fibres optiques Structure d'un câble à fibres optiques Contenance d'un câble à fibres optiques Câbles unifibres Câbles à deux fibres optiques Câbles multifibres pour distribution intérieure Câbles multifibres pour distribution extérieure Câbles à fibres optiques agencées en ruban Câbles à fibres optiques de conception spécifique Principales contraintes sur un câble à fibres optiques Résistance mécanique Microcourbures et macrocourbures Efforts de traction Écrasement, chocs et torsion Trépidations Résistance aux conditions environnementales Conditions aqueuses et gazeuses Résistance au feu 140 5/15

6 3.2.3 Écoconception des câbles Recommandations de l'uit-t pour les câbles à fibres optiques Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T L Recommandation UIT-T G Généralités sur la recommandation G Typologie des câbles à fibres optiques sous-marins Câbles à fibres optiques pour applications spécifiques Câbles à fibres optiques pour les réseaux en avionique Câbles à fibres optiques pour les plateformes pétrolières Câbles à fibres optiques pour éoliennes en mer Normalisation des câbles vue côté CEI Panorama des normes CEI pour les câbles à fibres optiques Où acheter les normes CEI des câbles à fibres optiques? 178 Aboutement des fibres optiques 1. Généralités sur l aboutement des fibres optiques Problèmes rencontrés Définitions de base en connectique optique Exemples de connectique pour fibres optiques 185 6/15

7 2.1 Premières fiches optiques Exemples de fiches pour fibre optique unitaire Exemples de fiches pour câbles à deux fibres optiques Connectique optique à haute densité Évolution vers la sécurité Où se procurer les normes de connectique optique? Couplage entre fibre optique et fiche optique Principe d'un raccordement classique Principe du collage Principe du sertissage Principes du polissage Fiches prééquipées Fibres optiques préconnectorisées Principes d ajustement Connectique optique pour environnements difficiles Principe du faisceau expansé Connectique optique pour avionique Connectique optique pour le ferroviaire Connectique optique pour câbles sous-marins Connectique pour fibre optique en plastique Aboutement semi-fixe ou fixe Prolongateurs et épissures mécaniques Soudure ou épissure par fusion Principe de la soudure Soudeuses cœur à cœur ou gaine à gaine Autres caractéristiques des soudeuses Soudeuses pour fibres spécifiques La poussière, ennemi n /15

8 Mesures dans un réseau de fibres optiques 1. Caractéristiques optiques à mesurer Caractéristiques géométriques Caractéristiques fonctionnelles Caractéristiques de transmission Méthodes pour les mesures Photométrie optique Constitution d'un photomètre Que mesure-t-on? Comment mesure-t-on? Options pour un photomètre Limites de la photométrie Réflectométrie optique Réflectométrie et réflectomètres Principe de la réflectométrie Généralités sur les réflectomètres Méthodes de mesures en réflectométrie Affaiblissement de la fibre Événement abrupt Dispersion chromatique Dispersion du mode de polarisation Réflectométrie et applications particulières Longues distances et plage dynamique Courtes distances et zones mortes Cas des réseaux optiques passifs Cas des câbles à forte densité Autres facteurs en réflectométrie Informatique en nuage Adressage IPv Caractéristiques fonctionnelles 243 8/15

9 4. Spectrométrie optique Analyse de spectre optique Panorama des spectromètres optiques Appareils de mesures et normalisation Normalisation pour les photomètres Normalisation pour les réflectomètres Normalisation pour les analyseurs de spectre optique Accréditation des laboratoires 251 Composants optoélectroniques 1. Émetteurs électro-optiques Un peu d'histoire Généralités sur les émetteurs Transmission et qualité du signal Quelques mots sur les VCSEL Largeur spectrale et distance Évolutions des lasers Exemples de normes pour les lasers Récepteurs optoélectroniques Généralités sur les récepteurs optoélectroniques Photodiodes PIN Photodiodes à avalanche Composants optiques Coupleurs optiques Affaiblisseurs optiques Cordons optiques actifs Raison d'être des cordons optiques actifs 270 9/15

10 4.2 Présentation générale d'un cordon optique actif Émetteurs-récepteurs Connecteurs Fiches optiques Fibres optiques Critères de choix d'un cordon optique actif Circuits intégrés photoniques Histoire des circuits intégrés photoniques Grands types de technologie et couplage Facteurs de développement des puces photoniques Puces photoniques dans les réseaux Puces photoniques et centres informatiques Exemples de puces photoniques 288 Multiplexage en longueur d'onde 1. Multiplexage par répartition en longueur d'onde Principe du multiplexage par répartition en longueur d'onde Canal de transmission et grille spectrale Principe du multiplexage en longueur d'onde Rappel historique Première démarche Avantages du multiplexage en longueur d'onde WWDM, CWDM ou DWDM Multiplexage par répartition dense en longueur d'onde Caractéristiques générales du DWDM Grilles spectrales du DWDM Grille DWDM "flexible" Multiplexage par répartition espacée en longueur d'onde Caractéristiques générales du CWDM Grilles spectrales du CWDM Principaux équipements en WDM /15

11 2.1 Multiplexeur-démultiplexeur Multiplexeur d'insertion-extraction de longueur d'onde Multiplexeur d'insertion-extraction de longueur d'onde reconfigurable à distance Un ROADM, pour quoi faire? Comment fonctionne un ROADM? Quelles évolutions pour les ROADM? Exemples d'applications du WDM Application du WDM en centre de données Application du CWDM entre deux centres de données Application du multiplexage dans un réseau optique passif 313 Ethernet et fibres optiques 1. Introduction Ethernet et ses évolutions Création d'ethernet Ethernet et IEEE Historique des normes Ethernet de 1985 à Refondation des normes Ethernet en Évolutions d'ethernet en débits Évolutions d'ethernet en applications FOIRL, Ethernet à 10 Mbit/s et 100 Mbit/s FOIRL Ethernet à 10 Mbit/s Ethernet à 100 Mbit/s Ethernet à 1 Gbit/s et 10 Gbit/s Ethernet à 1 Gbit/s Diversité d'ethernet 1 Gbit/s sur fibres optiques Fibres optiques et connectique /15

12 4.1.3 Distances minimales couvertes Exemples de topologie d'un réseau Ethernet à 1 Gbit/s Ethernet à 10 Gbit/s Diversité d'ethernet 10 Gbit/s sur fibres optiques Fibres optiques et distances Diversité des interfaces Ethernet à 40 Gbit/s et 100 Gbit/s Norme IEEE section Diversité d Ethernet à 40 Gbit/s et 100 Gbit/s Fibres optiques et connectique Caractéristiques sur le multiplexage Diversité des interfaces Émetteurs-récepteurs optiques CFP Ethernet vers les 400 Gbit/s et le 1 Tbit/s Projet de norme IEEE 802.3bs GbE sur fibres multimodales GbE sur fibres unimodales Vers le 1 Tbit/s 353 Réseaux d'entreprise et fibres optiques 1. Typologie des réseaux d'entreprise Réseaux locaux et de campus Réseaux locaux Réseaux de campus Équipements de distribution physique Protocoles et réseaux informatiques Fiber distributed data interface - FDDI InfiniBand /15

13 3.2.1 InfiniBand ou les InfiniBand InfiniBand Trade Association Fibre Channel Généralités sur Fibre Channel Fibre Channel Industry Association Fibre Channel over Ethernet - FCoE Myrinet Normalisation de Myrinet Description générale de Myrinet Fibres optiques et connectique pour Myrinet Équipements actifs Réseaux de type industriel Problématique des réseaux industriels Ethernet industriel Réseaux de vidéoprotection Réseaux embarqués Réseaux dans l'automobile Réseaux en avionique Principales applications Ethernet en avionique Programme DAPHNE Applications en ferroviaire Réseaux en applications militaires 391 Réseaux d'exploitants en fibres optiques 1. Typologie des réseaux en fibres optiques Réseaux étendus Réseaux transocéaniques et maritimes Un peu d'histoire Exemples de matériels /15

14 2.1.3 Exemples d'installation Réseaux terrestres, fluviaux et en aérien Réseaux terrestres Réseaux fluviaux Réseaux en aérien Réseaux métropolitains Réseaux de distribution point-à-point Point-à-point v/s multipoint FTTx? Réseaux optiques passifs Historique des PON Rappels sur les premiers PON PON dits de nouvelle génération Le 10G-EPON Le XG-PON Le NG-PON Le WDM-PON Normalisation des PON Travaux du FSAN Recommandations de l'uit-t Normes de l'ieee Synthèse des architectures des PON Propositions d'évolutions des PON Réseaux dans l'immobilier et l'habitat ARCEP, autorité de régulation Association Objectif fibre Exemples d'équipements Concept RLDO 438 Essai de prospective... 14/15

15 1. Introduction Demain, pour les particuliers Demain pour les entreprises Demain pour les exploitants de réseaux 444 Annexes 1. Organisations de normalisation Autres organisations et associations Acronymes 452 Index /15