Perte par flexion des fibres La perte de signal qui survient lorsqu'une fibre optique est courbée au-delà d'un certain rayon de courbure est appelée « perte de signal ». Ce phénomène est dû à la fuite de lumière du cœur de la fibre lors de sa traversée de la gaine. Lorsqu'une fibre est courbée, les rayons lumineux subissent une réflexion totale interne à l'interface cœur-gaine. Cependant, si le rayon de courbure est trop petit, une partie des rayons lumineux peut s'échapper à travers la gaine, entraînant une perte de signal.

La perte par courbure des fibres dépend de plusieurs facteurs :

Rayon de courbure : Plus le rayon de courbure est petit, plus les pertes par courbure sont importantes. En effet, un rayon de courbure plus petit entraîne une plus grande déviation des rayons lumineux, augmentant ainsi le risque de fuites à travers le revêtement.

Type de fibre : Les différents types de fibres présentent des caractéristiques de pertes par courbure différentes. Par exemple, les fibres monomodes ont généralement des pertes par courbure inférieures à celles des fibres multimodes.

Longueur d'onde : Les pertes par courbure varient en fonction de la longueur d'onde de la lumière transmise dans la fibre. Certaines longueurs d'onde peuvent présenter des pertes par courbure plus importantes que d'autres.

Conception des fibres : La conception de la fibre, notamment son profil d'indice de réfraction et les matériaux utilisés, peut influencer les pertes par courbure.

Revêtement: Le type et la qualité du revêtement appliqué à la fibre peuvent affecter sa flexibilité et sa résistance à la perte par flexion.

Pour minimiser les pertes par courbure, il est important de manipuler les fibres optiques avec précaution et d'éviter les courbures excessives, notamment les coudes serrés. Les câbles à fibres optiques sont souvent conçus avec des couches de protection et des renforts afin d'atténuer ces pertes et de garantir une transmission fiable des signaux.

Dans les applications de la fibre optique, les pertes par microcourbure constituent un type de perte optique plus complexe. Avec le développement des dispositifs et des fibres optiques, ces pertes représentent un facteur de perte de plus en plus préoccupant. L'introduction de commutations optiques directes au lieu de commutations électriques rend la fibre sensible aux contraintes à long terme dans un espace très réduit. Pour les fibres plus fines, de plus petit diamètre, on peut réduire l'épaisseur du revêtement ou le diamètre de la gaine. De même, pour les fibres multicœurs, l'épaisseur effective de la gaine est fortement réduite, ce qui accroît le risque de pertes par microcourbure.

Les pertes par micro-flexion et les pertes par macro-flexion sont liées à la flexion, mais leur mécanisme d'apparition diffère sensiblement. Par conséquent, en pratique, il est essentiel de distinguer les pertes dues à la micro-flexion ou à la macro-flexion selon leur nature, ce qui permet de localiser précisément le problème et d'adapter sa résolution.

1. En termes de déformation géométrique

Les pertes par micro-courbure sont dues à une légère déformation de la fibre, tandis que les pertes par macro-courbure sont dues à une courbure réelle, le diamètre extérieur de la fibre restant constant. Ceci induit une différence géométrique significative. La faible déformation de la fibre peut être assimilée à une perturbation haute fréquence de sa circonférence géométrique dans le sens longitudinal. Cette perturbation possède deux attributs : l’amplitude et la fréquence. Les micro-courbures sont caractérisées par une haute fréquence et une faible amplitude. La perturbation externe peut être simulée ; sa fréquence et son amplitude varient aléatoirement dans le temps. La transformée de Fourier de cette variation aléatoire donne une puissance, et il existe une correspondance entre la densité spectrale de puissance et la fréquence spatiale.

Il est également facile de comprendre intuitivement ce phénomène et d'en tirer une conclusion qualitative : lorsque la fréquence de perturbation est très élevée, la déformation de la fibre est uniforme et l'influence des pertes par micro-courbure est négligeable. En revanche, lorsque la fréquence de perturbation est très basse, une courbure réelle peut se former et les pertes par macro-courbure deviennent prédominantes.

2. À partir du mécanisme de perte

Dans le cas des pertes par macro-courbure, on peut considérer que la distribution du champ modal du mode fondamental (fibre monomode) se diffuse du côté courbé de la fibre, et que la partie qui se diffuse profondément dans la gaine se propage par rayonnement et subit des pertes progressives. Dans le cas des pertes par micro-courbure, une partie de la puissance du mode fondamental se propageant dans la fibre idéale est couplée à divers modes d'ordre supérieur sous l'effet de la perturbation. À mesure que la distance de propagation augmente, la puissance transportée par ces modes d'ordre supérieur est rayonnée hors de la fibre Oran à dix éléments, et peut également être recouplée au mode fondamental.

L'analyse des pertes par micro-courbure repose généralement sur la théorie du couplage de modes, et la relation de base est quelque peu compliquée.

Où C représente le coefficient de couplage entre le mode fondamental et l'un des modes d'ordre supérieur, indiquant la puissance transférée du mode guidé au mode d'ordre supérieur ou au mode de gaine (cas monomode). Qfiber correspond à la perturbation de la fibre sous contrainte directe, et Qenv à la perturbation sous contrainte indirecte due aux variations environnementales. La précision de cette modélisation est difficile à atteindre car les perturbations à l'origine des pertes par micro-courbure sont très aléatoires. Cependant, l'objectif de cette analyse est de fournir des indications solides, et dans certains cas, des coefficients supplémentaires peuvent être utilisés pour affiner les résultats de la simulation.

Olshansky a étudié et proposé une relation observationnelle au stade précoce.

a -Rayon du noyau

b - Rayon de revêtement

Delta - différence d'indice de réfraction

Module d'élasticité du revêtement polymère EE

Exemple : module d'élasticité du verre à fibre optique

Dans la plupart des cas d'utilisation, cette relation est plus utile

3. Source de perte par micro-flexion

Les pertes par microcourbure sont principalement dues à des facteurs externes. Si la fibre est utilisée nue, sans câblage, et en l'absence de forces extérieures, il n'y a pas de risque de microcourbure. Bien que les irrégularités géométriques de la fibre elle-même puissent engendrer des microcourbures, leur influence est négligeable car les tests de perte ont été validés en usine. Seules les pertes par microcourbure liées à la fixation externe de la fibre optique dans un câble ou un dispositif sont prises en compte.

Les sources de pertes par micro-flexion proviennent principalement de trois aspects.

Le premier facteur est la conception de la fibre elle-même. Bien que la conception de la fibre ne soit pas la source des pertes par micro-courbure, la sensibilité à ce phénomène en dépend. La conception du cœur de la fibre est principalement influencée par la valeur MAC, ce qui est cohérent avec la formule caractéristique d'Olshansky.

Plus la MAC est petite, plus les pertes par micro-courbure seront faibles sous une même perturbation externe.

Cela se reflète dans la fibre spécifique ; en général, la fibre G657 présente moins de pertes par micro-courbure que la fibre G652.

Bien que la réduction du rayon du cœur et l'augmentation de la différence d'indice de réfraction puissent diminuer les pertes par microcourbure, il est peu probable qu'une corrélation existe entre les paramètres de la fibre et sa normalisation lorsqu'un seul paramètre est modifié, les autres restant inchangés. Néanmoins, la tendance se confirme.

La conception du revêtement de la fibre peut également apporter des améliorations. La dépendance de la perte par microcourbure à la longueur d'onde varie considérablement lorsqu'une rainure spécifique est ajoutée au revêtement.

La dépendance de la perte par microcourbure de la fibre rainurée à la longueur d'onde, illustrée sur la figure, diffère sensiblement de celle d'une fibre standard. La dépendance de la fibre standard, également illustrée sur cette figure, s'écarte légèrement des données conventionnelles, notamment pour la fibre rainurée dont la perte par microcourbure est aplatie. Cela signifie que la localisation et l'analyse des problèmes doivent impérativement prendre en compte la conception de la fibre ; se fier uniquement à l'expérience peut s'avérer trompeur. En résumé, la conception de la fibre optimise la perte par microcourbure, ce qui est avantageux dans certains cas.

Deuxièmement, la perte par micro-courbure est liée au câble à fibre optique, et son origine est plus complexe. Cette complexité tient à la grande diversité des types de câbles à fibre optique et à leurs conceptions très différentes. Il est toutefois relativement aisé d'identifier le facteur déterminant pour un type particulier. L'influence du revêtement est un facteur typique. Intuitivement, on peut en déduire que le revêtement, première barrière de protection de la fibre, joue un rôle efficace dans la conduction des contraintes. Si le revêtement est considéré comme une fonction de transfert de contrainte, plus le module d'élasticité interne est faible et plus le module d'élasticité externe est élevé, plus la valeur de la fonction de transfert de contrainte est faible, et plus l'influence de la perte par micro-courbure correspondante est réduite. De même, plus le diamètre du revêtement est important, plus l'influence de la perte par micro-courbure est faible.

De toute évidence, le diamètre de 900 µm est bien inférieur aux pertes par microcourbure d'une fibre de 250 µm. On constate également que, pour un même câble à fibres optiques, même si l'espace actif d'une fibre de 900 µm est réduit, ses pertes par microcourbure sont, en conditions normales, nettement inférieures dans le câble.

Le troisième facteur est l'influence de l'environnement dans lequel le câble est installé. En raison de la complexité des pertes par microcourbure, il n'existe actuellement aucune méthode d'essai normalisée ; la méthode d'essai décrite dans la norme IEC/TR62221 est généralement utilisée sans modification. Il est difficile d'en déterminer l'influence. Même pour certaines méthodes, environnements et équipements d'essai, les résultats peuvent varier selon l'emplacement du câble. Les résultats obtenus par différents laboratoires et avec différentes méthodes d'essai ne sont pas directement comparables ; il s'agit de comparaisons qualitatives. Chaque essai doit donc faire l'objet d'une évaluation individuelle.