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Types de fibre optique: multimode et monomode

Le câble à fibre optique devient rapidement une solution pratique pour de nombreux projets de câblage en raison de son faible coût et de sa connectivité fiable. Une fois la décision d'emprunter la fibre optique prise, il reste à en décider si l'on utilisera le monomode ou le multimode. Chacune a sa place au sein des bonnes applications, aucune n’étant supérieure à l’autre. Connaître les différences peut vous éviter d'investir dans le mauvais type de câble ou d'utiliser un câble qui n'est pas compatible avec vos appareils à fibre optique, ce qui peut avoir un impact négatif sur le signal. Cet article vous présentera les différences lors de la comparaison des deux modes de fibre, vous aidant ainsi à faire le meilleur choix pour votre système de câble à fibre optique.

Toutes les fibres se composent de trois composants principaux, notamment:

Un noyau qui transporte la majeure partie de la lumière, entouré de
Un revêtement qui courbe la lumière et la confine au cœur, entouré de
Un revêtement primaire, qui assure la première couche de protection mécanique, recouvert d'un revêtement tampon secondaire, qui protège le revêtement primaire relativement fragile et la fibre sous-jacente.

Les fibres multimodes et monomodes ont un diamètre extérieur de 125 microns - un micron équivaut à un millionième de mètre et 125 microns équivaut à 0.005 pouce - un peu plus grand que le cheveu humain typique.
Mais c'est là que s'arrêtent les similitudes. Jetons un coup d'œil à chacun individuellement:

Fibre Multimode

La fibre multimode a la lumière voyageant dans le cœur selon de nombreux rayons (ou modes), d'où le nom multimode. Cela signifie que la lumière peut se propager à travers la fibre selon de nombreux trajets de rayons différents. Son noyau a un diamètre cinq à six fois plus grand que celui du monomode, ce qui permet une plus grande capacité de collecte de lumière. Les diamètres des noyaux vont de 50 micromètres (µm) à 1,000 µm et sont généralement utilisés pour la communication sur des distances plus courtes, comme à l'intérieur d'un bâtiment ou sur un campus. Les liaisons multimodes typiques ont des débits de données de 10 Mbit/s à 10 Gbit/s sur des longueurs de liaison allant jusqu'à 600 mètres, ce qui est plus que suffisant pour la majorité des applications locales.

Au sein de la catégorie multimode, une autre distinction importante concerne deux types : l'indice par échelon et le profil d'indice gradué. Le type le plus simple et le plus ancien est une fibre à échelon d'indice, où l'indice de réfraction (la capacité d'un matériau à plier la lumière) est le même sur tout le cœur de la fibre. Cela conduit à la propagation de rayons lumineux. Avec tous ces différents chemins de rayons ou modes de propagation, différents rayons parcourent différentes distances et mettent différents temps pour parcourir la longueur d'une fibre. Ceci étant, si une courte impulsion lumineuse est injectée dans une fibre, les différents rayons émanant de cette impulsion arriveront à l’autre extrémité de la fibre à des instants différents. L'impulsion de sortie sera d'une durée plus longue que l'impulsion d'entrée. Ce phénomène est appelé « dispersion modale » (étalement des impulsions). Il limite le nombre d'impulsions par seconde qui peuvent être transmises sur une fibre tout en restant reconnaissables comme des impulsions distinctes à l'autre extrémité. Par conséquent, cela limite le débit binaire ou la bande passante d’une fibre multimode. Pour les fibres à saut d'indice, pour lesquelles aucun effort n'est fait pour compenser la dispersion modale, la bande passante est typiquement de 20 à 30 MHz sur une longueur d'un kilomètre de fibre exprimée en « MHz-km ».

Dans le cas d'une fibre multimode à indice gradué, l'indice de réfraction à travers le cœur passe progressivement d'un maximum au centre à un minimum près des bords, d'où le nom d'indice gradué. Cette conception tire parti du phénomène selon lequel la lumière se propage plus rapidement dans un matériau à faible indice de réfraction que dans un matériau à indice élevé. Les rayons lumineux ou modes de propagation qui se propagent près des bords du noyau se déplacent plus rapidement sur une distance plus longue, traversant ainsi la fibre approximativement en même temps que les « modes d'ordre inférieur », ou les rayons se propageant plus lentement près du centre du noyau. cœur. Si une courte impulsion de lumière est lancée dans la fibre à gradient d'indice, elle peut s'en propager lors de son transit dans la fibre, mais beaucoup moins que dans le cas d'une fibre à échelon d'indice. Par conséquent, les fibres multimodes à indice gradué ont la capacité de transporter des impulsions plus rapprochées sans se propager les unes dans les autres que les fibres à indice échelonné. Ils peuvent prendre en charge un débit binaire ou une bande passante beaucoup plus élevé. Les bandes passantes typiques des fibres à indice progressif vont de 200 MHz-km à bien plus d'un GHz-km. La bande passante réelle dépend de la manière dont le profil d'indice d'une fibre particulière minimise la dispersion modale et de la longueur d'onde de la lumière lancée dans la fibre.

Les fibres multimodes sont identifiées par la taille physique du cœur et du verre global, souvent appelé gaine. La fibre optique multimode 62.5/125 est largement utilisée dans les câbles multimodes. 62.5 µm fait référence au diamètre extérieur du noyau en fibre de verre, tandis que 125 µm correspond au diamètre extérieur de la gaine. Une autre fibre multimode à indice gradué couramment utilisée aujourd'hui est la fibre 50/125, souvent appelée fibre « laser » en raison de sa capacité de bande passante plus élevée. 50/125 est disponible en 2 types : OM2 et OM3 et maintenant aussi OM4, alors que 62.5 microns est classé comme OM1. « OM » signifie « Mode Optique ».

Fibre monomode

La fibre monomode a un noyau beaucoup plus petit, seulement environ 9 microns, de sorte que la lumière se propage en un seul rayon. Dans les fibres monomodes, tous les effets multimodes décrits ci-dessus sont éliminés ; cependant, un mécanisme de propagation des impulsions demeure. Tout comme dans les fibres multimodes, différentes longueurs d'onde de lumière se propagent à des vitesses différentes, provoquant la propagation de courtes impulsions de lumière injectées dans la fibre au fur et à mesure de leur déplacement. Ce phénomène est appelé « dispersion chromatique ». Le degré de propagation des impulsions dépend de la largeur spectrale ou du nombre de longueurs d'onde ou de couleurs produites par la source lumineuse. Les lasers généralement utilisés comme sources lumineuses pour les systèmes monomodes produisent un flux lumineux relativement pur, avec une largeur spectrale étroite, réduisant ainsi l'effet de dispersion chromatique dans les fibres monomodes. Néanmoins, l’élargissement des impulsions produit par la dispersion chromatique limite finalement la bande passante des systèmes monomodes. Étant donné que la bande passante de la fibre détermine la capacité de distance de transmission des systèmes à haut débit, plusieurs conceptions de fibre monomode ont été développées pour optimiser cette caractéristique.

Lorsqu'une transmission à distance modérée ne peut pas être réalisée avec une fibre multimode et des sources lumineuses multimodes bon marché, la fibre monomode est le plus couramment utilisée dans les applications de réseau privé, de campus et de bâtiment. Il est conçu pour être utilisé à la fois à des fenêtres de longueur d'onde de 1310 nm et de 1550 nm. Étant donné que les lasers et détecteurs à 1310 nm sont moins chers que les appareils à 1550 nm, la plupart de ces applications à distance courte à modérée utilisent la longueur d'onde de 1310 nm. La fibre monomode est la fibre la moins chère disponible et est optimisée pour la dispersion la plus faible à 1310 nm.

La fibre monomode offre la meilleure combinaison de coût et de performances pour la plupart des applications de réseau privé, de campus et de bâtiment à courte à moyenne distance lorsque les distances dépassent les limites multimodes. La fibre monomode à faible crête d'eau (améliorée) est également disponible pour des applications telles que le multiplexage par répartition en longueur d'onde grossière (CWDM).

Briser les différences...

Prix

Actuellement, la fibre monomode est généralement moins chère que la fibre multimode, mais il est important de garder également à l'esprit d'autres facteurs de prix. La plupart des systèmes à fibre optique utilisent des émetteurs-récepteurs, qui combinent un émetteur et un récepteur en un seul module utilisant la technologie de la fibre optique pour envoyer et recevoir des données sur un réseau optique. À l’heure actuelle, le prix des émetteurs-récepteurs multimodes est deux à trois fois inférieur à celui des émetteurs-récepteurs monomodes. Cependant, à mesure que les prix des émetteurs-récepteurs baissent, le monomode commence à être utilisé plus souvent dans les applications à courte distance comme choix rentable.

Construction

La taille du cœur de la fibre monomode est plus petite et transporte la lumière directement dans la fibre (elle permet uniquement au mode fondamental de transmission de la lumière dans la fibre). En conséquence, la réflexion de la lumière créée lors de la transmission de la lumière diminue, ce qui réduit l'atténuation et permet au signal de voyager avec succès sur de plus longues distances. La taille du noyau multimode est cinq à six fois plus grande en diamètre que celle du monomode, ce qui permet une capacité de collecte de lumière bien plus grande et facilite l'utilisation de dispositifs électro-optiques moins chers. Plusieurs modes ou chemins de lumière parcourent la fibre en même temps, ce qui limite traditionnellement la distance de transmission et la bande passante.

Demande de leasing

Dans une fibre monomode, toute la lumière d'une impulsion se déplace à peu près à la même vitesse et arrive à peu près au même moment, éliminant les effets de la dispersion modale trouvée dans la fibre multimode. Cela prend en charge des niveaux de bande passante plus élevés avec moins de perte de signal sur de longues distances. Il est idéal pour les applications de transmission de signaux longue distance, comme à travers ou entre les campus, sous-marins ou dans des bureaux distants. Il n'y a essentiellement aucune limitation de distance.

Étant donné que plusieurs modes/chemins de lumière parcourent un câble à fibre multimode, celui-ci n'offre une bande passante élevée que sur une courte distance. Lorsqu’elles sont parcourues sur de plus longues distances, la dispersion modale (distorsion) devient un problème. Ceci s'exprime généralement par la caractéristique de « bande passante modale effective » d'une fibre, qui est une relation inverse entre la bande passante de la fibre et la distance de portée. À mesure que la bande passante de signalisation augmente, la distance de portée diminue – et vice versa – en raison de l’effet de dispersion modale.

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