Compte rendu Mesures sur Fibres Optiques Philippe REDIEN Cédric MAZURIER LP RSFS - 15 octobre 2007 Préparation La mesure par réflectométrie optique permet de visualiser les défauts tout au long de la liaison. Ce type de mesure est beaucoup plus strict que les mesures utilisées pour les câbles cuivre (échométrie). La réflectométrie optique temporelle consiste à injecter une impulsion lumineuse à une extrémité de la fibre optique à observer, et à analyser, à la même extrémité, l'intensité optique parcourant la fibre dans le sens inverse de la propagation de l'impulsion. Le signal détecté est de forme exponentielle décroissante, typique du phénomène de rétrodiffusion, avec superposition de pics dus aux réflexions sur les extrémités de la fibre ou autres discontinuité d'indice. Une réflectométrie optique permet d'obtenir en une seule opération : la longueur de la liaison, l'affaiblissement total de la liaison, l'affaiblissement des différents composants de la liaison, la reflectance, une cartographie complète de la liaison. Causes d'atténuation Dans une fibre optique réelle on constate que toute l'énergie lumineuse entrante n'est pas récupérée en sortie. Il y a des phénomènes de dispersion causes de cette perte (ou atténuation) qui dans une fibre de télécommunication, pour une longueur d'onde optimale de 1550nm, atteint environ 0.17dB/km contre 2.5db/km à 850nm et 0.3db/km pour 1300nm. Les causes des pertes dans les fibres sont multiples. On distingue généralement : - l'absorption par les impuretés, en effet une fibre de silice quoique très purifiée n'est pas parfaite et les atomes d'impuretés vont avoir plusieurs effets perturbateurs dont l'absorption purement et simplement du photon par un électron de l'atome avec transformation finale de l'énergie lumineuse du photon en chaleur. - la diffusion par les impuretés ou par les défauts d'interface cœur-gaine et la diffusion Rayleigh qui est la diffusion de la lumière sur les molécules du matériau (la silice), due à des variations locales de l'indice de réfraction créées par des changements de densité ou de composition apparus au moment de la solidification du matériau - la dispersion chromatique due aux vitesses différentes de signaux lumineux de longueurs d'onde différentes. - la dispersion intermodale résultant des temps de propagation différents selon les modes. - les courbures et les micro-courbures de la fibre, la fibre ne peut pas dans une application réelle être, sauf exception, exempte de courbures et dans ces zones le risque pour un rayon lumineux de ne plus satisfaire la condition de réflexion totale est inévitable ce qui se traduit par une perte dans la gaine par simple réfraction. - la diffusion et la réflexion aux épissures. TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 1/9
Le Réflectomètre est un appareil qui envoie une impulsion optique dans la fibre. Un écran permet de visualiser l'allure du signal réfléchi dans le verre. On peut ainsi mesurer avec précision la longueur de la liaison et les pertes engendrées par la connexion. Cet appareil est très utile pour localiser les coupures éventuelles de la fibre et pour identifier la connexion qui est la cause d'une trop grande perte optique. Les réflectomètres font apparaître deux types d'évènements réfléchissants : Les événements réfléchissant, ils apparaissent lorsqu'une discontinuité dans la fibre provoque un brusque changement de l'indice de réfraction. Ce changement peut avoir pour origine, des coupures, des jonctions par connecteurs perte à environ 0,5 db), des épissures mécaniques (pertes entre 0,1 et 0,2 db), ou une fin de fibre. Les évènements non réfléchissants, ils apparaissent lorsqu'il n'y à pas de discontinuité de la fibre et sont généralement provoqués par des épissures fusion ou des pertes dues à des contraintes (valeur typique de 0,02 à 0,1 db). Manipulation Etude de dispositif de communication avec le logiciel NETTRACE : Calcul de l'atténuation globale du signal optique au niveau du connecteur C2 On calcule l'atténuation du trajet optique en cumulant les affaiblissements des différents éléments qui le compose. - Connecteur C1 (VFO) : 0.86 db - Fibre 1 à 1310 nm : 1 km x 0.37 db/km = 0.37 db - Epissure (fusion) : 0.30 db - Fibre 2 à 1310 nm : 3.5 km x 0.37 db/km = 1.295 db - Connecteur C2 (VFO) : 0.86 db Atténuation globale = 0.86 + 0.37 +0.3 +1.295 + 0.86 = 3.685 db Pour 4.5 km de fibre, 2 connecteur VFO et une épissure. TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 2/9
Analyse de la courbe de réflectométrie : Pente d'atténuation sur F1 et F2 Pour F1 : 0,38 Pour F2 : 0,37 Nous remarquons que les valeurs sont conformes avec les valeurs entrées en paramètre (0,37dB/Km). TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 3/9
Atténuation globale en C2 Le logiciel de simulation relève une atténuation globale du signal optique au niveau de C2 de 0,44 db/km. TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 4/9
Atténuation due à l'épissure Sur ce graphique, nous constatons que l'atténuation due à l'épissure est identique à celle entrée en paramètres (0,30 db). TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 5/9
Dans ce TP nous allons effectuer des mesures sur fibre optique. Nous utilisons une valise optique avec deux liaisons optiques ainsi qu'un réflectomètre ANRITSU MW9076B. La valise est équipée de fibre optique monomode d'une longueur de 4500 mètres ayant un diamètre de cœur d'environ 9 µm et un diamètre de gaine d'environ 125 µm. A. Réflectomètre Le réflectomètre s'utilise à chaque étape de la pose des différents segments et à la fin du câblage pour contrôler l'ensemble du trajet optique avant la mise en service (localisation des pannes). Les mesures doivent se faire dans des conditions de propreté rigoureuses pour ne pas entacher la mesure et imposent d'interrompre la transmission sur le canal, ce qui peut-être très pénalisant vu le nombre importants de donnés qui y circulent (trafic haut débit et multiplexage). Tests des chemins optiques On utilise les paramétrages suivants : Longueur d onde = 1310 nm Distance testée = 5 km (environ) Longueur d impulsion = 20, 50, 100, 500 ns Indice de Réfraction IOR = 1,463 puis 1,600 Longueur des différents segments de fibre et circuit optique parcouru: - Connecteur C1 FC PC - Fibre 1 = 1214 m - Connecteur C2 FC PC (0,43 db) - Fibre 2 = 1505 m - Epissure S1 (0,08 db) - Fibre 3 = 105 m - Epissure S2 (0,12 db) - Fibre 4 = 506 m - Connecteur C3 SC APC (0,36 db) - Fibre 5 = 1213 m - Connecteur C4 FC PC TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 6/9
07 3,6880 0,083 <19,682 2,683 08 4,5431 FIN <17,550 2,309 On trouve 8 pics sur le tracé qui correspondent aux événements sur le parcours optique. Les connecteurs provoquent un affaiblissement plus important que les épissures. Les connecteurs FC PC (Physical Contact Connector) ont une atténuation différente des connecteurs SC APC (Angled Physical Contact, 8 ). Données constructeur : FC PC : Insertion Loss < 0,5 db ; Return Loss > 30 db SC APC : Insertion Loss < 0,5 db ; Return Loss > 60 db Le pic 2 est un pic fantôme qui correspond à une réflexion sur le 1 er connecteur (2 x 1214 m). Les événements 6 et 7 ne correspondent pas aux connecteurs et proviennent probablement de défauts sur le parcours. TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 7/9
On règle la durée d impulsion au maximum (500 ns) : Plus la duré d impulsion est longue, plus la puissance envoyée dans la fibre est élevée ce qui permet de parcourir une plus longue distance et de distinguer des pics éloignés de la source. Ici les pics sont écrêtés car la puissance est trop forte en regard de la distance parcourue. TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 8/9
On modifie l indice de réfraction à 1.600 : N Position(km) Perte épiss(db) PRTO de zéro Perte tot (db) 01 1,1100 0,369 <19,970 0,400?02 2,2209 0,028 <19,735 1,617 03 2,4853 0,076 <19,711 1,735 04 2,5819 0,114 <19,702 1,852 05 3,0450 0,345 <19,663 2,147 06 4,1381 **.*** <19,597 2,884 07 4,1541 FIN <17,515 2,285 Si l indice de réfraction réglé ne correspond plus aux caractéristiques réelles de la fibre optique, les valeurs calculées par l appareil deviennent fausses et les longueurs sont inexactes. Pics fantômes : Il s'agit de fausses réflexions de Fresnel due aux évènements forts réfléchissants et une mauvaise configuration de la portée (récurrence laser). Ces pics n'ont pas lieu d'être à la position donnée, et ne provoquent pas d'atténuation (Le signal passe au travers). La distance ou se situe le fantôme est un multiple de la distance de l'évènement qui l'a provoqué. Sur le réflectomètre les pics fantômes sont notés '?'. B. Microscopes On examine l état de surface au microscope (impuretés et défauts). On peut reconnaître les différentes fibres optiques grâce à la taille du cœur. TP Mesures sur Fibres Optiques 15/10/07 page 9/9