1.Comment les fibres optiques sont-elles combinées ?

Réponse : La fibre optique se compose de deux parties de base : un noyau constitué de matériaux optiques transparents et une couche de gainage et de revêtement.

2. Quels sont les paramètres de base qui décrivent les caractéristiques de transmission des lignes à fibres optiques ?

Réponse : Ils incluent la perte, la dispersion, la bande passante, la longueur d'onde de coupure, le diamètre du champ de mode, etc.

3. Quelles sont les causes de l’atténuation des fibres ?

Réponse : L'atténuation des fibres fait référence à la réduction de la puissance optique entre deux sections transversales d'une fibre, qui est liée à la longueur d'onde. Les principales causes d'atténuation sont la diffusion, l'absorption et la perte optique provoquée par les connecteurs et les joints.

4. Comment est défini le coefficient d’atténuation de la fibre optique ?

Réponse : Elle est définie par l'atténuation par unité de longueur d'une fibre optique uniforme en régime permanent (dB/km).

5. Qu’est-ce que la perte d’insertion ?

Réponse : Il s'agit de l'atténuation provoquée par l'insertion de composants optiques (tels que l'insertion de connecteurs ou de coupleurs) dans la ligne de transmission optique.

6. À quoi correspond la bande passante de la fibre optique ?

Réponse : La bande passante de la fibre optique fait référence à la fréquence de modulation lorsque l'amplitude de la puissance optique est réduite de 50 % ou 3 dB par rapport à l'amplitude de fréquence nulle dans la fonction de transfert de la fibre optique. La bande passante de la fibre optique est approximativement inversement proportionnelle à sa longueur, et le produit de la bande passante par la longueur est une constante.

7. Combien de types de dispersion de fibre optique existe-t-il ? A quoi est-ce lié ?

Réponse : La dispersion de la fibre optique fait référence à l'élargissement du retard de groupe dans une fibre optique, y compris la dispersion de mode, la dispersion de matériau et la dispersion structurelle. Cela dépend des caractéristiques de la source lumineuse et de la fibre optique.

8. Comment décrire les caractéristiques de dispersion des signaux se propageant dans la fibre optique ?

Réponse : Il peut être décrit par trois grandeurs physiques : l'élargissement des impulsions, la bande passante de la fibre optique et le coefficient de dispersion de la fibre optique.

9. Quelle est la longueur d’onde de coupure ?

Réponse : Il s’agit de la longueur d’onde la plus courte qui ne peut transmettre que le mode fondamental dans la fibre optique. Pour la fibre optique monomode, sa longueur d'onde de coupure doit être plus courte que la longueur d'onde de la lumière transmise.

10. Quel impact la dispersion de la fibre optique aura-t-elle sur les performances du système de communication par fibre optique ?

Réponse : La dispersion de la fibre optique entraînera un élargissement de l'impulsion optique pendant la transmission dans la fibre optique, affectant le taux d'erreur sur les bits, la distance de transmission et le débit du système.

11. Quelle est la méthode de rétrodiffusion ?

Réponse : La méthode de rétrodiffusion est une méthode permettant de mesurer l’atténuation sur la longueur d’une fibre optique. La majeure partie de la puissance optique dans la fibre optique se propage vers l’avant, mais une petite partie est rétrodiffusée vers l’émetteur de lumière. En utilisant un spectromètre au niveau de l'émetteur de lumière pour observer la courbe temporelle de rétrodiffusion, non seulement la longueur et l'atténuation de la fibre optique uniforme connectée peuvent être mesurées à partir d'une extrémité, mais également les irrégularités locales, les points de rupture et la perte de puissance optique provoqués par les joints et les connecteurs peuvent être mesurés.

12. Quel est le principe de test du réflectomètre optique dans le domaine temporel (OTDR) ? Quelles sont ses fonctions ?

Réponse : OTDR est basé sur le principe de rétrodiffusion de la lumière et de réflexion de Fresnel. Il utilise la lumière rétrodiffusée générée lorsque la lumière se propage dans la fibre optique pour obtenir des informations d'atténuation. Il peut être utilisé pour mesurer l'atténuation de la fibre optique, la perte de joint, l'emplacement du point de défaut de la fibre optique et comprendre la répartition des pertes sur la longueur de la fibre optique. C'est un outil indispensable dans la construction, la maintenance et la surveillance des câbles optiques. Ses principaux indicateurs comprennent : la plage dynamique, la sensibilité, la résolution, le temps de mesure et la zone aveugle.

13.Quelle est la zone aveugle de l'OTDR ? Quel est l'impact sur le test ? Comment gérer la zone aveugle lors des tests réels ?

Réponse : Habituellement, une série de « points morts » provoqués par la saturation de l'extrémité de réception de l'OTDR en raison des réflexions générées par des points caractéristiques tels que les connecteurs actifs et les joints mécaniques sont appelés zones aveugles.

Les zones aveugles dans les fibres optiques sont divisées en zones aveugles d'événement et zones aveugles d'atténuation : la distance en longueur entre le point de départ du pic de réflexion et le pic de saturation du récepteur provoquée par l'intervention de connecteurs actifs est appelée zones aveugles d'événement ; la distance entre le point de départ du pic de réflexion et d'autres points d'événements identifiables provoqués par l'intervention de connecteurs actifs dans les fibres optiques est appelée zones aveugles d'atténuation.

Pour l’OTDR, plus la zone aveugle est petite, mieux c’est. La zone aveugle augmentera avec l’augmentation de la largeur de l’élargissement de l’impulsion. Bien que l’augmentation de la largeur d’impulsion augmente la longueur de mesure, elle augmente également la zone aveugle de mesure. Par conséquent, lors du test des fibres optiques, des impulsions étroites doivent être utilisées pour mesurer la fibre optique et les points d'événement adjacents des accessoires OTDR, tandis que des impulsions larges doivent être utilisées pour mesurer l'extrémité éloignée de la fibre optique.

14.L'OTDR peut-il mesurer différents types de fibres optiques ?

R : Si vous utilisez un module OTDR monomode pour mesurer une fibre multimode, ou si vous utilisez un module OTDR multimode pour mesurer une fibre monomode avec un diamètre de noyau de 62,5 mm, le résultat de la mesure de la longueur de la fibre ne sera pas affecté, mais les résultats de perte de fibre, de perte de connecteur optique et de perte de retour seront incorrects. Par conséquent, lors de la mesure de la fibre optique, vous devez choisir un OTDR qui correspond à la fibre mesurée à mesurer, afin que vous puissiez obtenir les résultats corrects pour tous les indicateurs de performance.

15. Que signifie « 1 310 nm » ou « 1 550 nm » dans les instruments de test optiques courants ?

R : Il s’agit de la longueur d’onde du signal optique. La gamme de longueurs d'onde utilisée dans la communication par fibre optique se situe dans la région du proche infrarouge, avec une longueur d'onde comprise entre 800 nm et 1 700 nm. Il est souvent divisé en bandes de longueur d'onde courte et en bandes de longueur d'onde longue, la première faisant référence à une longueur d'onde de 850 nm et la seconde à 1 310 nm et 1 550 nm.

16. Dans les fibres optiques commerciales actuelles, quelle longueur d’onde de lumière a la plus petite dispersion ? Quelle longueur d’onde de lumière présente la plus petite perte ?

Réponse : La lumière d’une longueur d’onde de 1 310 nm a la plus petite dispersion et la lumière d’une longueur d’onde de 1 550 nm a la plus petite perte.

17. Comment les fibres optiques sont-elles classées en fonction de l'évolution de l'indice de réfraction du cœur de la fibre optique ?

Réponse : Elles peuvent être divisées en fibres optiques à indice échelonné et en fibres optiques à gradient d'indice. Les fibres optiques à échelon d'indice ont une bande passante étroite et conviennent aux communications à courte distance de petite capacité ; les fibres optiques à gradient d'indice ont une large bande passante et conviennent aux communications de moyenne et grande capacité.

18. Comment les fibres optiques sont-elles classées selon les différents modes d'ondes lumineuses transmises dans les fibres optiques ?

Réponse : Elles peuvent être divisées en fibres optiques monomodes et fibres optiques multimodes. Le diamètre du coeur des fibres optiques monomodes est compris environ entre 1 et 10 µm. À une longueur d'onde de travail donnée, un seul mode fondamental est transmis, ce qui convient aux systèmes de communication de grande capacité et longue distance. Les fibres optiques multimodes peuvent transmettre plusieurs modes d'ondes lumineuses, avec un diamètre de cœur compris entre 50 et 60 μm environ, et leurs performances de transmission sont pires que celles des fibres optiques monomodes.

Lors de la transmission de la protection différentielle actuelle de la protection multiplexée, des fibres optiques multimodes sont souvent utilisées entre le dispositif de conversion optoélectronique installé dans la salle de communication de la sous-station et le dispositif de protection installé dans la salle de contrôle principale.

19. Quelle est l'importance de l'ouverture numérique (NA) de la fibre optique à saut d'indice ?

Réponse : L'ouverture numérique (NA) indique la capacité de collecte de lumière de la fibre optique. Plus la NA est grande, plus la capacité de la fibre optique à collecter la lumière est forte.

20. Quelle est la biréfringence de la fibre optique monomode ?

Réponse : Il existe deux modes de polarisation orthogonaux dans une fibre optique monomode. Lorsque la fibre optique n'est pas complètement à symétrie cylindrique, les deux modes de polarisation orthogonaux ne sont pas dégénérés. La valeur absolue de la différence d'indice de réfraction des deux modes de polarisation orthogonale est la biréfringence.

21. Quelles sont les structures de câbles optiques les plus courantes ?

Réponse : Il existe deux types : le type à couche torsadée et le type squelette.

22. Quels sont les principaux composants des câbles optiques ?

Réponse : Il est principalement composé de : noyau de fibre, graisse pour fibre optique, matériau de gaine, PBT (téréphtalate de polybutylène) et autres matériaux.

23. À quoi fait référence l’armure des câbles optiques ?

Réponse : Il s'agit de l'élément de protection (généralement un fil d'acier ou une ceinture d'acier) utilisé dans les câbles optiques à des fins spéciales (comme les câbles optiques sous-marins, etc.). L'armure est fixée à la gaine intérieure du câble optique.

24. Quels matériaux sont utilisés pour la gaine des câbles optiques ?

Réponse : La gaine ou la gaine des câbles optiques est généralement constituée de matériaux en polyéthylène (PE) et en polychlorure de vinyle (PVC), et sa fonction est de protéger l'âme du câble des influences extérieures.

25. Énumérez les câbles optiques spéciaux utilisés dans les systèmes électriques.

Réponse : Il existe principalement trois câbles optiques spéciaux :

Câble optique composite de fil de terre (OPGW), la fibre optique est placée dans la ligne électrique de la structure toronnée en aluminium recouverte d'acier. L'application du câble optique OPGW a la double fonction de fil de terre et de communication, améliorant efficacement le taux d'utilisation des poteaux et des tours électriques.

Câble optique enveloppé (GWWOP), lorsqu'il existe une ligne de transmission existante, ce type de câble optique est enroulé ou accroché au fil de terre.

Le câble optique autoportant (ADSS) a une forte résistance à la traction et peut être directement suspendu entre deux tours électriques, avec une portée maximale allant jusqu'à 1 000 m.

26. Combien de structures d'application existe-t-il pour le câble optique OPGW ?

Réponse : Principalement : 1) Couche de tube en plastique torsadée + structure de tube en aluminium ; 2) tube central en plastique + structure en tube d'aluminium ; 3) Structure squelettique en aluminium ; 4) structure de tube en aluminium en spirale ; 5) Structure de tube en acier inoxydable monocouche (structure centrale de tube en acier inoxydable, structure torsadée de couche de tube en acier inoxydable) ; 6) Structure composite de tubes en acier inoxydable (structure centrale de tubes en acier inoxydable, structure torsadée de couche de tubes en acier inoxydable).

27. Quels sont les principaux composants du fil toronné à l'extérieur de l'âme du câble optique OPGW ?

Réponse : Il est composé de fil AA (fil en alliage d’aluminium) et de fil AS (fil d’acier recouvert d’aluminium).

28. Quelles sont les conditions techniques requises pour sélectionner les modèles de câbles optiques OPGW ?

Réponse : 1) Résistance nominale à la traction (RTS) du câble OPGW (kN) ; 2) Nombre de cœurs de fibre (SM) du câble OPGW ; 3) Courant de court-circuit (kA) ; 4) Temps(s) de court-circuit ; 5) Plage de température (℃).

29. Comment le degré de courbure du câble optique est-il limité ?

Réponse : Le rayon de courbure du câble optique ne doit pas être inférieur à 20 fois le diamètre extérieur du câble optique et au moins 30 fois le diamètre extérieur du câble optique pendant la construction (état non statique).

30. À quoi faut-il prêter attention lors de l'ingénierie des câbles optiques ADSS ?

Réponse : Il existe trois technologies clés : la conception mécanique des câbles optiques, la détermination des points de suspension, ainsi que la sélection et l'installation du matériel de support.

31. Quels sont les principaux types de raccords pour câbles optiques ?

Réponse : Les raccords pour câbles optiques font référence au matériel utilisé pour installer les câbles optiques, comprenant principalement : des pinces de tension, des pinces de suspension, des isolateurs de vibrations, etc.

32. Les connecteurs de fibre optique ont deux paramètres de performances les plus fondamentaux, quels sont-ils ?

Réponse : Les connecteurs de fibre optique sont communément appelés joints sous tension. Pour les exigences de performances optiques des connecteurs monofibres, l'accent est mis sur les deux paramètres de performances les plus fondamentaux que sont la perte d'insertion et la perte de réflexion.

33. Combien de types de connecteurs de fibre optique couramment utilisés existe-t-il ?

Réponse : Selon différentes méthodes de classification, les connecteurs de fibres optiques peuvent être divisés en différents types. Selon différents supports de transmission, ils peuvent être divisés en connecteurs de fibre optique monomode et connecteurs de fibre optique multimode ; selon différentes structures, ils peuvent être divisés en différents types tels que FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, etc. ; selon l'extrémité des broches du connecteur, ils peuvent être divisés en FC, PC (UPC) et APC. Connecteurs de fibre optique couramment utilisés : connecteur de fibre optique de type FC/PC, connecteur de fibre optique de type SC, connecteur de fibre optique de type LC.

34. Dans le système de communication par fibre optique, on trouve couramment les éléments suivants. Veuillez indiquer leurs noms.

Adaptateur AFC, FC Adaptateur ST Adaptateur SC Connecteur FC/APC, FC/PC Connecteur SC Connecteur ST Cordon de brassage LC Cordon de brassage MU Cordon de brassage monomode ou multimode.

35. Quelle est la perte d'insertion (ou perte d'insertion) du connecteur de fibre optique ?

Réponse : Il s'agit de la valeur de la réduction de la puissance effective de la ligne de transmission provoquée par l'insertion du connecteur. Pour les utilisateurs, plus la valeur est petite, mieux c'est. L'UIT-T stipule que sa valeur ne doit pas dépasser 0,5 dB.

36. Quelle est la perte de réflexion (ou atténuation par réflexion, perte de réflexion, perte de réflexion) du connecteur à fibre optique ?

Réponse : Il s'agit d'une mesure de la composante de puissance d'entrée réfléchie par le connecteur et renvoyée le long du canal d'entrée. Sa valeur typique ne doit pas être inférieure à 25 dB.

37. Quelle est la différence la plus importante entre la lumière émise par les diodes électroluminescentes et les lasers à semi-conducteurs ?

Réponse : La lumière générée par une diode électroluminescente est une lumière incohérente à large spectre ; la lumière générée par un laser est une lumière cohérente avec un spectre très étroit.

38. Quelle est la différence la plus évidente entre les caractéristiques de fonctionnement d'une diode électroluminescente (LED) et d'un laser à semi-conducteur (LD) ?

Réponse : LED n’a pas de seuil, tandis que LD a un seuil. Le laser ne sera généré que lorsque le courant injecté dépasse le seuil.

39. Quels sont les deux lasers à semi-conducteurs à mode longitudinal unique couramment utilisés ?

Réponse : Le laser DFB et le laser DBR, qui sont tous deux des lasers à rétroaction distribuée, et leur rétroaction optique est fournie par le réseau de Bragg à rétroaction distribuée dans la cavité optique.

40. Quels sont les deux principaux types de dispositifs de réception optique ?

Réponse : Il s'agit principalement de photodiodes (tubes PIN) et de photodiodes à avalanche (APD).

41. Quels sont les facteurs qui provoquent du bruit dans les systèmes de communication par fibre optique ?

Réponse : Il existe du bruit causé par un taux d'extinction non qualifié, du bruit causé par des changements aléatoires de l'intensité lumineuse, du bruit causé par la gigue temporelle, du bruit ponctuel et du bruit thermique du récepteur, du bruit de mode de la fibre optique, du bruit causé par l'élargissement des impulsions causé par la dispersion, du bruit de distribution de mode du LD, du bruit causé par le gazouillis de fréquence du LD et du bruit causé par la réflexion.

42. Quelles sont les principales fibres optiques actuellement utilisées pour la construction des réseaux de transmission ? Quelles sont leurs principales caractéristiques ?

Réponse : Il existe trois types principaux, à savoir la fibre optique monomode conventionnelle G.652, la fibre optique monomode à dispersion décalée G.653 et la fibre optique à dispersion décalée non nulle G.655.

La fibre monomode G.652 présente une grande dispersion dans la bande C 1 530-1 565 nm et la bande L 1 565-1 625 nm, généralement 17-22 psnm•km. Lorsque le débit du système atteint 2,5 Gbit/s ou plus, une compensation de dispersion est requise. À 10 Gbit/s, le coût de compensation de dispersion du système est relativement élevé. C’est la fibre la plus utilisée dans le réseau de transport actuel.

La dispersion de la fibre à dispersion décalée G.653 dans la bande C et la bande L est généralement de -1 à 3,5 psnm•km, et elle est nulle à 1 550 nm. Le débit du système peut atteindre 20 Gbit/s et 40 Gbit/s, ce qui en fait la meilleure fibre pour la transmission ultra-longue distance à longueur d'onde unique. Cependant, en raison de ses caractéristiques de dispersion nulle, des effets non linéaires se produiront lorsque le DWDM est utilisé pour l'expansion de la capacité, ce qui entraînera une diaphonie du signal et un mélange FWM à quatre ondes. Il ne convient donc pas au DWDM.

Fibre à dispersion décalée non nulle G.655 : La dispersion de la fibre à dispersion décalée non nulle G.655 dans la bande C est de 1 à 6 psnm•km, et la dispersion dans la bande L est généralement de 6 à 10 psnm•km. La dispersion est petite, évitant la zone de dispersion nulle, supprimant le mélange FWM à quatre ondes, et peut être utilisée pour l'expansion de la capacité DWDM et l'ouverture de systèmes à grande vitesse. La nouvelle fibre G.655 peut étendre la zone efficace jusqu'à 1,5 à 2 fois celle des fibres optiques ordinaires. La grande surface efficace peut réduire la densité de puissance et réduire l'effet non linéaire de la fibre optique.

43. Quelle est la non-linéarité de la fibre optique ?

Réponse : Cela signifie que lorsque la puissance optique de la fibre dépasse une certaine valeur, l'indice de réfraction de la fibre optique sera lié de manière non linéaire à la puissance optique, et une diffusion Raman et une diffusion Brillouin seront générées, provoquant un changement de fréquence de la lumière incidente.

44. Quel effet la non-linéarité de la fibre optique aura-t-elle sur la transmission ?

Réponse : L'effet non linéaire entraînera des pertes et des interférences supplémentaires, détériorant ainsi les performances du système. La puissance optique du système WDM est importante et est transmise sur une longue distance le long de la fibre optique, ce qui entraîne une distorsion non linéaire. Il existe deux types de distorsion non linéaire : la diffusion stimulée et la réfraction non linéaire. Parmi eux, la diffusion stimulée comprend la diffusion Raman et la diffusion Brillouin. Les deux types de diffusion ci-dessus réduisent l’énergie de la lumière incidente, provoquant une perte. Il peut être ignoré lorsque la puissance d'entrée de la fibre est faible.

45. Qu'est-ce que PON (réseau optique passif) ?

Réponse : PON est un réseau optique à boucle de fibre optique dans le réseau d'accès utilisateur local, basé sur des dispositifs optiques passifs tels que des coupleurs et des séparateurs.

Diverses causes d'atténuation des fibres optiques

1. Les principaux facteurs provoquant l'atténuation des fibres sont : la nature intrinsèque, la flexion, l'extrusion, les impuretés, les irrégularités et l'accostage.

Intrinsèque : C'est la perte inhérente de la fibre optique, comprenant : la diffusion Rayleigh, l'absorption inhérente, etc.

Courbure : lorsque la fibre optique est pliée, une partie de la lumière contenue dans la fibre optique sera perdue en raison de la diffusion, provoquant une perte.

Extrusion : Perte provoquée par une légère courbure lorsque la fibre optique est écrasée.

Impuretés : les impuretés présentes dans la fibre optique absorbent et diffusent la lumière qui se propage dans la fibre optique, provoquant une perte.

Inégalité : perte causée par un indice de réfraction inégal du matériau de la fibre optique.

Amarrage : perte causée lorsque les fibres optiques sont amarrées, telles que : différents axes (l'exigence de coaxialité de la fibre optique monomode est inférieure à 0,8 μm), la face d'extrémité n'est pas perpendiculaire à l'axe, la face d'extrémité est inégale, le diamètre du noyau d'amarrage ne correspond pas et la qualité de la fusion est médiocre.

Lorsque la lumière entre par une extrémité de la fibre optique et sort par l’autre extrémité, l’intensité de la lumière s’affaiblit. Cela signifie qu’après la propagation du signal optique à travers la fibre optique, une partie de l’énergie lumineuse est atténuée. Cela montre qu'il y a certaines substances dans la fibre optique ou, pour une raison quelconque, bloquent le passage du signal optique. Il s'agit de la perte de transmission de la fibre optique. Ce n'est qu'en réduisant la perte de fibre optique que le signal optique peut passer en douceur.

2. Classification de la perte de fibre optique

La perte de fibre optique peut être grossièrement divisée en perte inhérente à la fibre optique et en perte supplémentaire causée par les conditions d'utilisation après la fabrication de la fibre optique. Les subdivisions spécifiques sont les suivantes :

La perte de fibre optique peut être divisée en perte inhérente et perte supplémentaire.

La perte inhérente comprend la perte par diffusion, la perte par absorption et la perte causée par une structure imparfaite de la fibre optique.

Les pertes supplémentaires incluent la perte de microcourbure, la perte de courbure et la perte d'épissage.

Parmi eux, des pertes supplémentaires sont provoquées artificiellement lors de la pose de la fibre optique. Dans les applications pratiques, il est inévitable de connecter les fibres optiques une par une, et la connexion des fibres optiques entraînera des pertes. La microcourbure, la compression et l'étirement des fibres optiques entraîneront également des pertes. Ce sont autant de pertes causées par les conditions d’utilisation de la fibre optique. La raison principale est que dans ces conditions, le mode de transmission dans le cœur de la fibre optique a changé. Des pertes supplémentaires peuvent être évitées autant que possible. Ci-dessous, nous discutons uniquement de la perte inhérente à la fibre optique.

Parmi les pertes inhérentes, la perte de diffusion et la perte d'absorption sont déterminées par les caractéristiques du matériau de la fibre optique lui-même, et la perte inhérente provoquée à différentes longueurs d'onde de travail est également différente. Il est extrêmement important de comprendre le mécanisme de génération des pertes et d’analyser quantitativement l’ampleur des pertes causées par divers facteurs pour le développement de la fibre optique à faibles pertes et l’utilisation rationnelle de la fibre optique.

3. Perte d'absorption des matériaux

Les matériaux utilisés pour fabriquer les fibres optiques peuvent absorber l'énergie lumineuse. Une fois que les particules contenues dans le matériau de la fibre optique ont absorbé l'énergie lumineuse, elles vibrent et génèrent de la chaleur, et l'énergie est perdue, générant ainsi une perte d'absorption. Nous savons que la matière est composée d'atomes et de molécules, et que les atomes sont composés de noyaux atomiques et d'électrons extranucléaires, et que les électrons tournent autour du noyau atomique sur une certaine orbite. C'est comme la Terre sur laquelle nous vivons et des planètes comme Vénus et Mars tournent autour du soleil. Chaque électron a une certaine énergie et se trouve sur une certaine orbite, ou en d’autres termes, chaque orbite a un certain niveau d’énergie.

Le niveau d’énergie orbitale proche du noyau est plus faible et le niveau d’énergie orbitale plus éloigné du noyau est plus élevé. La taille de cette différence de niveau d’énergie entre les orbites est appelée différence de niveau d’énergie. Lorsqu’un électron passe d’un niveau d’énergie faible à un niveau d’énergie élevé, il absorbe l’énergie de la différence de niveau d’énergie correspondante.

Dans une fibre optique, lorsqu'un électron à un certain niveau d'énergie est irradié par une lumière d'une longueur d'onde correspondant à la différence de niveau d'énergie, l'électron sur l'orbite à faible niveau d'énergie passera à l'orbite avec un niveau d'énergie plus élevé. Cet électron absorbe l’énergie lumineuse, entraînant une perte d’absorption lumineuse.

Le dioxyde de silicium (SiO2), matériau de base de la fabrication des fibres optiques, absorbe lui-même la lumière. L’une est appelée absorption ultraviolette et l’autre est appelée absorption infrarouge. À l'heure actuelle, les communications par fibre optique ne fonctionnent généralement que dans la plage de longueurs d'onde de 0,8 à 1,6 μm, nous discutons donc uniquement de la perte dans cette plage de travail.

Le pic d'absorption généré par les transitions électroniques dans le verre de quartz est d'environ 0,1 à 0,2 µm de longueur d'onde dans la région ultraviolette. À mesure que la longueur d’onde augmente, son effet d’absorption diminue progressivement, mais la zone affectée est très large, jusqu’aux longueurs d’onde supérieures à 1 µm. Cependant, l'absorption ultraviolette a peu d'effet sur les fibres optiques à quartz travaillant dans la région infrarouge. Par exemple, dans la région de la lumière visible avec une longueur d'onde de 0,6 μm, l'absorption ultraviolette peut atteindre 1 dB/km, et à une longueur d'onde de 0,8 μm, elle chute à 0,2 à 0,3 dB/km, et à une longueur d'onde de 1,2 μm, elle n'est qu'environ 0,1 dB/km.

La perte d'absorption infrarouge de la fibre optique à quartz est causée par la vibration moléculaire du matériau infrarouge. Il existe plusieurs pics d’absorption des vibrations dans la bande supérieure à 2 µm.

En raison de l'influence de divers éléments dopants dans la fibre optique, il est impossible pour la fibre optique à quartz d'avoir une fenêtre de faible perte dans la bande supérieure à 2 μm, et la perte limite théorique à une longueur d'onde de 1,85 μm est de ldB/km.

Grâce à la recherche, il a également été découvert qu'il existe des « molécules destructrices » dans le verre de quartz qui causent des problèmes, principalement certaines impuretés nocives de métaux de transition, telles que le cuivre, le fer, le chrome, le manganèse, etc. Ces « méchants » absorbent avidement l'énergie lumineuse sous irradiation lumineuse, sautent et provoquent une perte d'énergie lumineuse. L'élimination des « fauteurs de troubles » et la purification chimique des matériaux utilisés pour fabriquer les fibres optiques peuvent réduire considérablement les pertes.

Une autre source d'absorption dans la fibre optique à quartz est l'hydroxyle (OHˉ). Selon les recherches de l'époque, les gens ont découvert que l'hydroxyle présente trois pics d'absorption dans la bande de travail de la fibre optique, à savoir 0,95 μm, 1,24 μm et 1,38 μm, parmi lesquels la perte d'absorption à la longueur d'onde de 1,38 μm est la plus grave et a le plus grand impact sur la fibre optique. À une longueur d'onde de 1,38 μm, la perte maximale d'absorption générée par la teneur en hydroxyde de seulement 0,0001 atteint 33 dB/km.

D'où viennent ces hydroxydes ? Il existe de nombreuses sources d'hydroxydes. Premièrement, les matériaux utilisés pour fabriquer les fibres optiques contiennent de l’eau et des composés d’hydroxyde. Ces composés hydroxydes ne sont pas faciles à éliminer lors de la purification des matières premières, et restent finalement dans la fibre optique sous forme d'hydroxydes ; deuxièmement, il y a une petite quantité d’eau dans les hydroxydes utilisés pour fabriquer les fibres optiques ; troisièmement, l'eau est générée en raison de réactions chimiques au cours du processus de fabrication des fibres optiques ; quatrièmement, la vapeur d’eau est introduite par l’entrée d’air extérieur. Cependant, le procédé de fabrication actuel a atteint un niveau assez élevé et la teneur en hydroxyde est tombée à un niveau suffisamment bas pour que son impact sur les fibres optiques puisse être ignoré.

4. Perte de diffusion

Dans la nuit noire, si vous dirigez une lampe de poche vers le ciel, vous pouvez voir un faisceau de lumière. Les gens ont également vu d’épais faisceaux de lumière provenant de projecteurs dans le ciel nocturne.

Alors pourquoi voyons-nous ces faisceaux de lumière ? En effet, de nombreuses petites particules telles que la fumée et la poussière flottent dans l’atmosphère. Lorsque la lumière éclaire ces particules, elle se disperse et se propage dans toutes les directions. Ce phénomène a été découvert pour la première fois par Rayleigh, c'est pourquoi les gens ont appelé cette diffusion « diffusion Rayleigh ».

Comment se produit la diffusion ? Il s’avère que les minuscules particules telles que les molécules, les atomes et les électrons qui composent la matière vibrent à certaines fréquences inhérentes et peuvent libérer de la lumière avec une longueur d’onde correspondant à la fréquence de vibration. La fréquence de vibration d'une particule est déterminée par la taille de la particule. Plus la particule est grosse, plus la fréquence de vibration est basse et plus la longueur d'onde de la lumière libérée est longue ; plus la particule est petite, plus la fréquence de vibration est élevée et plus la longueur d’onde de la lumière libérée est courte. Cette fréquence de vibration est appelée fréquence de vibration inhérente à la particule. Cependant, cette vibration ne se génère pas d’elle-même, elle nécessite une certaine quantité d’énergie. Une fois qu’une particule est irradiée avec une lumière d’une certaine longueur d’onde et que la fréquence de la lumière irradiée est la même que la fréquence de vibration inhérente à la particule, elle provoquera une résonance. Les électrons de la particule commencent à vibrer à cette fréquence de vibration, ce qui entraîne la diffusion de la lumière par la particule dans toutes les directions, et l'énergie de la lumière incidente est absorbée et convertie en énergie de la particule, et la particule réémet l'énergie sous forme d'énergie lumineuse. Par conséquent, pour les personnes observant de l’extérieur, il semble que la lumière frappe la particule puis s’envole dans toutes les directions.

La diffusion Rayleigh se produit également dans les fibres optiques, et la perte de lumière qui en résulte est appelée perte par diffusion Rayleigh. Compte tenu du niveau actuel de la technologie de fabrication des fibres optiques, on peut dire que la perte par diffusion Rayleigh est inévitable. Cependant, étant donné que l'ampleur de la perte par diffusion Rayleigh est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la longueur d'onde de la lumière, l'impact de la perte par diffusion Rayleigh peut être considérablement réduit lorsque la fibre optique fonctionne dans la région des grandes longueurs d'onde.

5. Déficience congénitale, personne ne peut aider

La structure de la fibre optique est imparfaite, comme des bulles, des impuretés ou une épaisseur inégale dans la fibre optique, en particulier l'interface inégale entre le cœur et la gaine. Lorsque la lumière atteint ces endroits, une partie de la lumière sera dispersée dans toutes les directions, provoquant une perte. Cette perte peut être surmontée en améliorant le processus de fabrication des fibres optiques. La diffusion provoque l'émission de lumière dans toutes les directions et une partie de la lumière diffusée est réfléchie dans la direction opposée à la propagation de la fibre optique. Cette partie de la lumière diffusée peut être reçue à l'extrémité incidente de la fibre optique. La diffusion de la lumière entraîne une perte d’une partie de l’énergie lumineuse, ce qui n’est pas souhaitable. Cependant, nous pouvons également utiliser ce phénomène, car si nous analysons l'intensité de la partie de la lumière reçue à l'extrémité émettrice, nous pouvons vérifier les points de rupture, les défauts et la perte de cette fibre optique. De cette façon, grâce à l’ingéniosité humaine, de mauvaises choses peuvent devenir de bonnes choses.

Perte de fibre Ces dernières années, la communication par fibre optique a été largement utilisée dans de nombreux domaines. Un problème important dans la réalisation d’une communication par fibre optique est de réduire autant que possible la perte de fibre optique. La perte fait référence à l'atténuation de la fibre optique par unité de longueur, et l'unité est dB/km. Le niveau de perte de la fibre optique affecte directement la distance de transmission ou la distance entre les stations relais. Par conséquent, comprendre et réduire les pertes des fibres optiques revêt une grande importance pratique pour les communications par fibres optiques.

1. Perte d'absorption de la fibre optique

Ceci est dû à l’absorption de l’énergie lumineuse par les matériaux des fibres optiques et les impuretés. Ils consomment de l'énergie lumineuse sous forme d'énergie thermique dans la fibre optique, ce qui représente une perte importante dans la perte de la fibre optique. La perte d’absorption comprend les éléments suivants :

① Perte d'absorption intrinsèque du matériau Il s'agit de la perte provoquée par l'absorption inhérente du matériau. Il possède deux bandes, une dans la région 8-12 μm du proche infrarouge. L'absorption intrinsèque de cette bande est due aux vibrations. L’autre bande d’absorption intrinsèque du matériau se situe dans la bande ultraviolette. Lorsque l'absorption est très forte, sa queue sera traînée vers la bande 0,7-1,1μm.

②Perte d'absorption causée par les dopants et les ions d'impuretés Les matériaux de fibres optiques contiennent des métaux de transition tels que le fer, le cuivre, le chrome, etc. Ils ont leurs propres pics d'absorption et bandes d'absorption et varient en fonction de leurs états de valence. La perte des fibres optiques provoquée par l’absorption des ions des métaux de transition dépend de leur concentration. De plus, la présence de OH- produit également une perte d’absorption. Le pic d'absorption basique de OH- est proche de 2,7 μm et la bande d'absorption est comprise entre 0,5 et 1,0 μm. Pour la fibre optique en quartz pur, la perte causée par les impuretés peut être ignorée.

③ Perte d'absorption des défauts atomiques Lorsque le matériau de la fibre optique est chauffé ou fortement rayonné, il sera stimulé pour produire des défauts atomiques, entraînant une absorption de lumière et une perte, mais en général cet effet est très faible.

2. Perte de diffusion de la fibre optique

La diffusion à l’intérieur de la fibre optique va réduire la puissance de transmission et générer des pertes. La diffusion la plus importante est la diffusion Rayleigh, provoquée par les changements de densité et de composition à l’intérieur du matériau de la fibre optique.

Pendant le processus de chauffage du matériau de la fibre optique, en raison de l'agitation thermique, la compressibilité des atomes est inégale, la densité du matériau est inégale, puis l'indice de réfraction est inégal. Cette irrégularité est corrigée pendant le processus de refroidissement et sa taille est inférieure à la longueur d'onde de l'onde lumineuse. Lorsque la lumière rencontre ces matériaux inégaux qui sont plus petits que la longueur d'onde de l'onde lumineuse et présentent des fluctuations aléatoires pendant la transmission, la direction de transmission est modifiée, une diffusion se produit et une perte se produit. De plus, la concentration inégale d'oxydes contenus dans la fibre optique et un dopage inégal peuvent également provoquer une diffusion et une perte.

3. Perte de diffusion du guide d'ondes

Il s'agit de la diffusion provoquée par une distorsion aléatoire ou une rugosité de l'interface. En fait, il s'agit de la conversion de mode ou du couplage de mode provoqué par la distorsion ou la rugosité de la surface. Un mode générera d'autres modes de transmission et modes de rayonnement en raison de la fluctuation de l'interface. Étant donné que l'atténuation des différents modes transmis dans la fibre optique est différente, lors du processus de conversion de mode longue distance, le mode à faible atténuation devient le mode à forte atténuation. Après une conversion continue et une conversion inverse, bien que la perte de chaque mode soit équilibrée, le mode dans son ensemble produira une perte supplémentaire, c'est-à-dire qu'une perte supplémentaire sera générée en raison de la conversion du mode. Cette perte supplémentaire est la perte par diffusion du guide d’onde. Pour réduire cette perte, il est nécessaire d’améliorer le procédé de fabrication des fibres optiques. Pour les fibres optiques bien tirées ou de haute qualité, cette perte peut en principe être ignorée.

4. Perte de rayonnement causée par la flexion de la fibre optique

La fibre optique est souple et peut être pliée. Cependant, après une certaine courbure, bien que la fibre optique puisse guider la lumière, elle modifiera le chemin de transmission de la lumière. La conversion du mode de transmission au mode de rayonnement fait qu'une partie de l'énergie lumineuse pénètre dans la gaine ou traverse la gaine pour devenir un mode de rayonnement et s'échapper, générant ainsi une perte. Lorsque le rayon de courbure est supérieur à 5 à 10 cm, la perte provoquée par la courbure peut être ignorée.

Source : Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd.