Tests de réflectométrie optique

Comment fonctionne un réflectomètre optique ?

Le réflectomètre optique injecte de l’énergie lumineuse pulsée, générée par une diode laser, dans l’une des extrémités de la fibre optique. Une photodiode mesure le retour d’énergie lumineuse (réfléchie et rétrodiffusée) dans le temps, et la convertit en valeur électrique, amplifiée et échantillonnée, pour ensuite l’afficher graphiquement sur un écran.

Les réflectomètres optiques mesurent la localisation et la perte générée par les éléments passifs du réseau optique, également appelés « événements ». La localisation ou la distance de chaque événement est calculée à partir du temps aller-retour que prend la lumière pulsée à parcourir la fibre optique. La perte est calculée à partir de la valeur d’amplitude du signal renvoyé (effet de rétrodiffusion).

La plupart des réflectomètres optiques modernes sélectionnent automatiquement les paramètres d’acquisition optimaux pour une fibre optique donnée en envoyant des impulsions de test lors d’une procédure connue sous le nom d’auto-configuration, ou auto-test.

Analogies des tests de réflectométrie optique

Il existe des parallèles évidents avec les tests des câbles en cuivre. Cependant, afin de mieux comprendre les tests de réflectométrie optique, l’analogie avec la technologie d’ultrasons est également possible.

Dans les applications d’imagerie médicale, des ondes sonores à haute fréquence (≥ 20 KHz) inaudibles sont produites par les éléments vibrants d’un  échographe. Tout comme les ondes lumineuses, ces ondes sonores sont soit absorbées, soit renvoyées vers la source, soit dispersées dans de multiples directions. Tout dépend de la distance à laquelle se trouvent ces ondes et de la nature du matériau analysé. La fréquence, la direction et l’intensité des ondes sonores renvoyées vers l’échographe fournissent suffisamment de données pour créer des images détaillées et précises des caractéristiques anatomiques internes.

Terminologie des tests de réflectométrie optique

Pour comprendre l’aspect scientifique qui se cache derrière la réflectométrie optique, il faut commencer par assimiler quelques concepts de base qui font partie intégrante du processus de test de réflectométrie optique.

• Atténuation (ou affaiblissement)

  C’est la réduction de puissance du signal lumineux lors de sa transmission. L'atténuation est exprimée en décibels par kilomètres (dB/km). L’atténuation du signal est due aux pertes inhérentes à la fibre optique telles que l’absorption et la diffusion mais est également causée par les épissures, les connexions ou les macro-courbures. Connaître l’atténuation optique du système est essentiel lors de l’évaluation de se performances globales.

• Rétrodiffusion

  Lorsque l'on envoie une impulsion de lumière dans une fibre, l'énergie lumineuse est diffusée par la fibre dans de nombreuses directions. La rétrodiffusion est la diffusion d’une partie de l’énergie lumineuse vers son point d’origine. La quantité de lumière rétrodiffusée est proportionnelle à la valeur de l’atténuation de la fibre. Plus la quantité de lumière qui retourne vers sa source est importante, plus l’atténuation sera importante et plus il y aura de perte au niveau de l’intensité du signal. Dans le cadre des tests de réflectométrie optique, la quantité de lumière rétrodiffusée analysée par l’appareil ne représente qu'environ un millionième de l’impulsion de test.

• Réflectance

  C’est la quantité d’énergie lumineuse réfléchie par un élément présent sur le lien (épissure, connecteur…) par rapport à la quantité d’énergie incidente. Elle est exprimée en décibels (dB). Le réflectomètre optique analyse la lumière réfléchie par ces éléments pour déterminer leur position et la perte qu’ils auront sur le signal.

• Réfraction

  En réflectométrie, on parle surtout d'indice de réfraction. C’est un indice qui donne la vitesse de la lumière dans la fibre. Cet indice diffère en fonction du type de fibre utilisé. Il est nécessaire de le connaitre et de le renseigner pour que les distances affichées par le réflectomètre soient juste.

Procédure de test de réflectométrie optique

Le processus de test de réflectométrie optique dépend du type d’équipement et du câble en fibre optique testé, mais aussi du ou des objectifs du test. Néanmoins, certaines procédures de test de réflectométrie optique sont communes à tous les types d’application.

• Câbles de référence

  Avant de connecter un réflectomètre à de la fibre optique, il convient en premier lieu d’inspecter tous les connecteurs qui vont être couplés lors de la mesure (port du réflectomètre, câbles de référence, panneaux de brassage, etc.). Pour en savoir plus sur la méthodologie « Toujours inspecter avant de connecter » (IBYC, Inspect Before You Connect) de VIAVI, consultez notre page consacrée à l'inspection des connecteurs optiques page.

  L’étape suivante dans la mise en place d’un test de réflectométrie optique consiste à connecter de manière appropriée les bobines amorce et de fin de fibre aux deux extrémités de la liaison fibre optique. La bobine amorce est la fibre entre le réflectomètre optique et la liaison fibre optique à tester. Elle est utilisée pour permettre au réflectomètre optique de caractériser le premier connecteur de la fibre optique testée. Le connecteur de la bobine doit être compatible de la fibre à tester afin de minimiser la réflectance de ce raccordement. Imaginez un robinet extérieur avec un joint desserré ou mal fixé. Il provoquera une fuite d’eau et des projections vers l’arrière au niveau du joint. Dans les tests de réflectométrie optique, on obtient un résultat similaire si trop de lumière est réfléchie à cause de la mauvaise qualité de la connexion et/ou du vide d’air entre le connecteur et l’extrémité du câble. De mauvaises connexions/conditions d’émission comme celles-ci ont pour conséquence une réduction importante de la puissance de l’impulsion laser transmise dans la fibre optique testée. De cette manière, vous ne « verrez » ou ne caractériserez qu’une section courte du début de la fibre. Une bobine de fin de fibre placée à la fin de la liaison à tester permettra de qualifier le connecteur final. En savoir plus au sujet de la caractérisation de la fibre.

• Paramètres de test du réflectomètre optique

  Pour les plus experts, il est intéressant de comprendre les paramètres de test disponibles sur les instruments. Pour les autres, l’instrument de test se chargera de les optimiser automatiquement pour une meilleure résolution et pour plus de précision. Parmi les paramètres de test OTDR, on retrouve généralement les éléments qui suivent.

  • La portée : permet de régler la portée (distance) appropriée en se basant sur la longueur totale de la fibre optique testée.
  • La largeur d’impulsion : permet de régler la durée de chaque impulsion laser émise.
  • Le temps d’acquisition : permet de régler la durée de la mesure. 
  • L’indice de réfraction : correspond à l’indice de la fibre optique testée.

  De manière générale, la longueur du câble détermine le niveau de résolution pouvant être obtenu grâce aux paramètres de l’équipement. Plus le câble testé est long, moins il sera possible de détecter et caractériser l’ensemble des événements sur la fibre. Des durées de test plus longues contribuent également à une meilleure résolution en augmentant le rapport signal/bruit, ce qui « lisse » les données présentées dans la courbe de test.

  Lors de la configuration des tests de réflectométrie optique, des seuils d’alarme concernant les pertes du système global ainsi que des connecteurs et des épissures peuvent être pré-programmés. Cela dépend de la norme de tests de réflectométrie optique du marché ou du projet.

• Tests de réflectométrie optique automatiques

  Bien que de nombreux modèles de test de réflectométrie optique incluent une fonctionnalité « Auto Test » (test automatique) qui permet au dispositif de déterminer automatiquement les paramètres optimaux pour votre système, il est important de bien comprendre en quoi consistent ces paramètres sous-jacents et de quelle manière ils affectent vos résultats. Les réflectomètres les plus récents proposent même de tester automatiquement le lien à l’aide de plusieurs largeurs d’impulsion, afin de pouvoir caractériser avec précision les événements rapprochés du début de la liaison, les épissures ou coupleurs au milieu, et les sections situées à l’autre extrémité de la liaison fibre optique. Même si cette fonctionnalité peut permettre d’économiser un temps de configuration considérable, elle équivaut au mode « auto-focus » d’un appareil photo, lequel peut fournir de meilleurs résultats lorsque placé entre les mains d’un photographe professionnel.

Interprétation des résultats des tests de réflectométrie optique

Une fois les tests de réflectométrie optique terminés, le système affiche les résultats en formats numérique et graphique. L’axe X de l’écran indique la distance tandis que l’axe Y affiche la perte de signal en dB. Le graphique, qu’on appelle également « trace », indique la localisation de chaque connecteur, épissure ou autre type d’événement, en affichant clairement les pertes de signal et les caractéristiques de réflexion de chaque élément. Un bon réflectomètre optiqueconvertit cette trace en un aperçu linéaire sur lequel chaque élément et événement est représenté par une icône facile à interpréter, avec une mention réussite/échec immédiatement visible et le nom de chaque composant/événement clairement affiché.

Types de réflectomètre optique

Bien que les fonctionnalités et coûts puissent être très variés, il existe plusieurs types de réflectomètre optique actuellement disponibles sur le marché.

• Réflectomètre optique de table

  Ce terme décrit généralement un équipement de test OTDR utilisé en laboratoire et dans les usines de production. Les instruments de test de table peuvent être placés sur une paillasse de laboratoire ou dans la section d’une usine réservée aux tests, et présentent généralement un écran plus grand et une prise secteur. Ce type d’équipement de test peut également intégrer un commutateur optique pour les tests de câble ruban multifibres MPO. Bien que le coût de ce type d’équipement de test OTDR soit généralement plus élevé, on y fait appel lorsqu’un haut niveau de précision, de sensibilité ou de mesure à longue portée (avec l’intensité d’impulsion supérieure que cela implique) est nécessaire afin d’obtenir les résultats les plus précis possible. Ce type d’équipement a été progressivement remplacé par les réflectomètres portables.

• Réflectomètre optique portable

  Comme son nom l’indique, l’équipement de test OTDR portable est léger (moins de 1 kg), portable, alimenté par batterie et optimisé pour être utilisé sur le terrain. Son rapport prix/performance a été optimisé pour que les sous-traitants et installateurs de fibre optique puissent installer, certifier et dépanner les câbles optiques dans des applications multiples. Son interface utilisateur est en général simple, pour que n’importe quel technicien soit en mesure de l’utiliser et de comprendre les résultats des tests de réflectométrie optique avec une formation minimale. Les différentes fonctionnalités de connectivité disponibles, telles que le Wi-Fi ou Bluetooth, facilitent le processus de test et permettent de transférer les résultats des tests..

• Réflectomètre optique intégré ou monté en rack

  Les réflectomètres optiques intégrés ont la taille d’un circuit électronique. Ils sont aussi petits que possible afin de pouvoir s’intégrer aux équipements réseau ou aux systèmes de surveillance. Tout comme les composants électroniques, ils sont généralement produits en grandes quantités afin d’optimiser les coûts de fabrication. Le besoin croissant d’une surveillance proactive et continue des infrastructures réseau de fibre optique en font un élément essentiel pour l’avenir. Les réflectomètres optiques montés en rack sont dotés d’un commutateur optique permettant de surveiller de nombreuses fibres de manière automatique et rotative tout en suivant un programme prédéfini. Ce programme peut donner la priorité aux fibres critiques ou aux clients importants. Ces applications de surveillance de la fibre optique peuvent être utilisées pour la surveillance de fibres en service ou hors service.

Spécifications des réflectomètres optiques

Il est important de bien comprendre les spécifications des réflectomètres optiques afin de choisir le réflectomètre optique le mieux adapté pour une application spécifique.

• Plage dynamique

  La plage dynamique est l’une des caractéristiques les plus importantes d’un réflectomètre optique, car elle détermine la longueur observable maximale d’une fibre optique. Plus la plage dynamique est élevée, plus le rapport signal/bruit l’est également, et meilleures sont la trace et la détection d’événements. La plage dynamique est relativement difficile à déterminer car il n’existe pas de méthode de calcul normalisée pour tous les fabricants. La plage dynamique est définie comme la différence entre le point au niveau de la fin de la fibre et le seuil de bruit maximal après la fin de la fibre. La plage dynamique est exprimée en décibels (dB). Les mesures sont effectuées pendant trois minutes et une moyenne des résultats est fournie.

• Zone morte d’événement

  La zone morte d’événement (Event Dead Zone, EDZ) est la distance minimale permettant de distinguer deux événements réflectifs non saturés consécutifs (en général deux connecteurs). Dans le cas où les événements réflectifs sont plus rapprochés que la zone morte d’événement, le réflectomètre optique les voitcomme un seul événement. La zone morte d’événement dépend de la largeur d’impulsion. Plus la largeur d’impulsion est petite, plus la zone morte d’événement l’est également.

• Zone morte d’atténuation

  La zone morte d’atténuation (Attenuation Dead Zone, ADZ) définie dans la norme CEI 61745 est la distance minimale, après un événement réflectif (ex. un connecteur) ou d’atténuation (ex. une épissure), sur laquelle un événement sans réflexion (ex. une épissure) peut être mesuré. Dans le cas où les événements sont plus rapprochés que la zone morte d’atténuation, ils ne comptent que pour un seul et même événement sur la trace. La zone morte d’atténuation dépend de la largeur d’impulsion. Plus la largeur d’impulsion est petite, plus la zone morte d’atténuation l’est également.

• Longueurs d’onde

  Les réflectomètres optiques effectuent des mesures basées sur la longueur d’onde. Les longueurs d’onde généralement utilisées sont 850 nm et 1 300 nm pour la fibre optique multimode, et 1 310 nm, 1 550 nm et 1 625 nm pour la fibre optique monomode. Les longueurs filtrées 1 625 nm ou 1 650 nm peuvent être utilisées pour éviter les interférences avec le trafic. Les longueurs d’onde C-/D-WDM sont utilisées pour mettre en service, mettre à niveau et dépanner les liaisons fibre optique monomode dotées de canaux C- ou D-WDM.

Calibration de l’équipement de test OTDR

Pour tous les équipements de mesure, un calibrage périodique est essentiel afin de surveiller et corriger les écarts et pour réinitialiser les fonctions importantes en se basant sur des normes de référence. Tandis que certains préfèrent les câbles de référence tels que le « Golden Fibre » créé par NPL, d’autres proposent une approche de calibration de type simulation électronique/optique qui n’exige aucune norme de référence physique.

L’avenir des tests OTDR

Fournir davantage de fonctionnalités, de précision et de résolution à un prix toujours plus bas constitue un défi permanent. L’amélioration des algorithmes de tests de réflectométrie optique automatiques pourrait permettre de simplifier la tâche aux techniciens même débutants. De même, les améliorations liées à la résolution des problèmes de surcharge de réflectance propres aux câbles courts pourraient aider à étendre le champ d’application de la technologie de réflectométrie optique à de nouveaux secteurs.

L'évolution d'internet et de la fibre optique améliore la manière dont nous communiquons et travaillons. Cette dernière permet à tout le monde d'avoir internet à très haut débit. À mesure qu’augmente la demande de chargement de données sur nos réseaux de fibre optique, les capacités de test de réflectométrie optique devront continuer de s’améliorer pour faire face aux défis actuels et futurs.

Sans des technologies telles que les tests de réflectométrie optique, les applications de fibre optique les plus avancées seraient impossibles. La capacité de « voir » à l’intérieur de milliers de kilomètres de fibres optiques aussi fines que des cheveux humains constitue aujourd’hui autant une incroyable réussite qu’une nécessité pratique.

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