„Encircled Flux“ = Mesure plus précise de la fibre optique multimode

Imprécision de la mesure

Les sections de câblage en fibre optique multimode du "Universal Structured Building Cabling" sont généralement évaluées soit par une mesure d'atténuation (LSPM = Light Source + Power Meter = Tier 1) soit par un OTDR (OTDR = Optical Time Domain Reflectometer = Tier 2). Selon l'équipement de mesure utilisé, il y a eu et il y a encore des écarts importants dans les résultats, en particulier dans le cas des mesures d'atténuation. Afin d'obtenir des résultats de mesure comparables, de nouvelles définitions pour la mesure de l'atténuation du câblage à fibre optique multimode ont été convenues lors de la normalisation. Une partie de l'amélioration de la précision est obtenue en définissant les méthodes de référence et les tolérances admissibles de l'équipement de mesure utilisé, la seconde partie en spécifiant le signal de test à utiliser. Dans cet article, nous allons nous concentrer sur ce point, la définition du "Flux Encerclé" pour le signal de test utilisé.

 

La propreté 

Comme nous l'avons déjà décrit très souvent dans de nombreux articles techniques, la propreté et l'absence de dommages sont les priorités absolues du câblage à fibres optiques et, bien entendu, de la technologie de mesure à fibres optiques. Afin de se faire une idée de la propreté et de l'état des connecteurs à fibres optiques utilisés sur les câbles de référence (câbles de mesure) et sur les chemins de fibres optiques à mesurer, il est essentiel d'inspecter toutes les faces frontales des connecteurs à fibres optiques à l'aide d'un microscope à fibres optiques avant chaque mesure. Ensuite, s'ils sont sales, vous pouvez nettoyer les surfaces avant des connecteurs, puis les inspecter à nouveau et si tout est propre et exempt de dommages, faites d'abord la connexion des connecteurs à fibre optique inspectés et nettoyés ! Toute autre procédure serait un "vol aveugle" et une manipulation imprudente des surfaces frontales des connecteurs à fibres optiques, ce qui peut entraîner une contamination, des dommages et même une défaillance totale des câbles à fibres optiques (voir Figure 1).


L'atténuation optique

Pour pouvoir expliquer l'influence du "Flux encerclé" sur la technique de mesure, il faut d'abord s'intéresser aux bases de la mesure de l'atténuation des fibres optiques. Comment mesurer l'atténuation d'un câble à fibre optique ? En fait, cela semble relativement simple, en utilisant une source lumineuse (LS) et un wattmètre (PM) pour mesurer la puissance lumineuse perdue sur la ligne de fibre optique. Donc l'atténuation est :

L [dB] = 10 * log (Pin / Pout)


Ou si le mesureur de niveau utilisé peut afficher les niveaux de puissance lumineuse mesurés directement en dBm, alors l'atténuation peut simplement être calculée comme une soustraction de la puissance d'émission (PLS[dBm]) moins la puissance de réception (PPM[dBm]) :

L [dB] = PLS [dBm] – PPM [dBm]


Cela semble très simple, mais l'astuce est dans le détail, car il faut d'abord effectuer une remise à zéro (normalisation) afin d'éliminer les parts de l'équipement de mesure dans le résultat global. La qualité des câbles de mesure et des connecteurs, en particulier, contribue de manière significative à la précision du résultat. Pour obtenir la valeur de mesure relative correcte, la puissance émise par la source lumineuse (PLS) doit être déterminée et enregistrée comme valeur de référence dans le wattmètre. Mais c'est aussi ici que le drame commence.

Le référencement

Les normes ont prévu cette "mise à zéro" entre un et trois câbles de mesure de référence et pour les conditions d'excitation - c'est-à-dire comment et combien de lumière (plus précisément les modes de lumière) est couplée dans les fibres de verre - il y a déjà eu différentes méthodes. Ces dernières années, le thème du couplage de la lumière a été repris et la définition du "Encircled Flux" a été intégrée dans les normes. Comment était-ce dans le passé ? Au départ, l'utilisation des sources lumineuses à LED a été normalisée. Celles-ci génèrent une excitation dite de "sur-remplissage" (voir figure 2a). Cependant, ce "surremplissage" n'était pas particulièrement astucieux, car l'inondation par la lumière de la source lumineuse LED a couplé les modes de lumière dans le cœur de la fibre optique et dans le revêtement de la fibre optique, qui ont ensuite été utilisés comme modes stables d'ordre inférieur (près du cœur de la fibre optique) et comme modes instables d'ordre supérieur (plus loin du cœur de la fibre optique, jusqu'au revêtement de la fibre optique) dans la fibre optique, entraînant une trop grande lumière mesurée par un power meter lors du réglage zéro des courts câbles de référence. Il en résultait des mesures erronées parce que la puissance de référence mesurée était trop élevée en raison des modes gainés. De plus, avec des distances de câblage plus longues, les modes instables d'ordre supérieur peuvent avoir disparu dans le gainage de la fibre optique et parfois aussi dans le cœur de la fibre optique après plusieurs mètres et ne sont alors plus impliqués dans la mesure. Afin d'obtenir des conditions plus stables, les modes dits de gainage et les modes instables d'ordre supérieur ont été filtrés au moyen d'un filtre de mode (mandrin) avant la mise à zéro (voir Fig. 3). Il en est résulté des conditions de mesure un peu plus stables, mais les atténuations mesurées étaient encore généralement trop élevées et donc trop pessimistes.

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)

Dans la suite du développement, des sources de lumière basées sur VCSEL (Vertical-Cavity Surface Emitting Laser) ont été utilisées dans la technologie de mesure (voir figure 2b), car elles étaient aussi souvent utilisées dans les composants actifs des lignes de transmission (par exemple, les SFP 1GbE avec VCSEL 850nm). Cependant, cette méthode a conduit à des résultats de mesure trop optimistes en raison d'un éclairage insuffisant de l'âme en fibre de verre et d'un nombre insuffisant de modes d'ordre supérieur. Par conséquent, on n'a pas remarqué d'erreurs telles qu'un décalage des noyaux de fibres optiques entre deux connecteurs de fibres optiques connectés. Les deux conditions d'excitation "Overfill" et "Underfill" pouvaient entraîner des écarts de mesure significatifs > 10 %, ce qui n'était pas particulièrement critique dans le passé en période de grandes réserves du système pour les lignes de transmission à fibre optique. Cependant, comme ces grandes réserves de système n'existent plus aujourd'hui à des débits de transmission plus élevés tels que 40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 sur fibres optiques OM3 ou OM4 avec des longueurs de 100 / 150m et un budget de canaux de seulement 1,9 / 1,5 dB, ces écarts > 10% ne peuvent plus être pris en compte. Il fallait donc réagir à cela dans la normalisation et penser à des procédures d'excitation qui ne permettent plus ces déviations.

Conscients du problème des écarts de mesure, ils ont commencé il y a quelques années à définir une définition précise de la répartition de la puissance lumineuse dans le cœur de la fibre optique. "Flux encerclé" est le nom de cette définition, qui se situe exactement entre une excitation "Overfill" et une excitation "Underfill".

„Encircled Flux“ - Définition:

ou en allemand : "Beschrenzener Lichtstrom" (flux lumineux limité), est selon la norme la part de la puissance cumulée (additionnée) du champ proche par rapport à la puissance de sortie totale en fonction de la distance radiale du centre optique du noyau de la fibre optique.Grâce à une mesure exacte de la puissance lumineuse au moyen d'une mesure en champ proche, il devient possible de mesurer exactement combien de modes de mesure d'ordre inférieur et supérieur sont couplés à la mesure et donc dans le noyau en fibre de verre des distances à mesurer. les rapports de puissance lumineuse spécifiés pour les différents diamètres de noyau et longueurs d'onde utilisées peuvent être lus selon la norme DIN EN 61280-4-1. Un exemple pour un noyau de fibre de 50µm à 850nm peut être vu dans le tableau 1. Ces valeurs sont implémentées dans le désormais bien connu "EF Template" (voir Fig. 4), qui est utilisé avec des tolérances comme courbe de valeurs limites pour les mesures en champ proche avec des appareils de mesure de laboratoire, ce qui nous aurait donné une définition précise des sources lumineuses. Mais il y a un autre défi : la normalisation exige que la condition d'excitation du flux encerclé ne soit pas à la sortie de la source lumineuse, mais à l'extrémité d'un câble de mesure de référence. Ceci permet d'introduire spécifiquement la distribution de mode spécifiée avec Flux Encirclé dans les chemins de fibre optique à mesurer.

"EF" jusqu'au point d'alimentation

Dans le cas où la source lumineuse elle-même présente la condition d'excitation "Flux encerclé", cela peut être réalisé à l'aide de câbles de mesure de référence spéciaux "mode-transparents". Il est ainsi possible que la lumière à coupler dans le câblage à mesurer soit exactement Flux Encirclé à la sortie du câble de mesure / fiche de référence. Cette méthode présente l'avantage par rapport à d'autres méthodes de flux encerclé (par exemple, un conditionneur de mode connecté entre la source lumineuse et le connecteur de référence) que l'usure d'un connecteur de référence à l'extrémité du câble de mesure de référence ne devient pas une action extrêmement coûteuse, mais reste relativement peu coûteuse en le remplaçant par un nouveau câble de référence transparent au mode.

Conclusion

Plus que jamais, l'utilisation d'appareils de mesure fonctionnant avec des sources lumineuses compatibles "Encircled Flux" sera absolument nécessaire à l'avenir afin d'obtenir des résultats de mesure fiables et précis dans la mesure de sections de câbles à fibres optiques multimodes à atténuation réduite. C'est le seul moyen de garantir à l'avance que les applications modernes de fibre optique à haut débit puissent être transmises sans problème.

Author: Thomas Hüsch, Technical Support & Training