Fibres multimodales pour centres de données

1. Fibres unimodales versus fibres multimodales

Comme vu dans le chapitre Fibres unimodales pour centres de données, les fibres optiques unimodales ont des possibilités de transmission [débit x distance] de plusieurs centaines de gigabits par seconde jusqu’à plusieurs milliers de kilomètres. Elles apportent des performances nettement meilleures que celles des fibres multimodales qui sont limitées entre 70 mètres et 500 mètres selon le débit. De plus, le prix d’achat au mètre linéaire des fibres unimodales est moins élevé. Et pourtant, le marché des fibres multimodales est bien là. La raison en est double : un coût plus faible pour la liaison complète et une installation plus simple.

Le coût plus faible provient des composants associés à la fibre tels que les lasers à émission surfacique et cavité verticale (Vertical Cavity Surface Emittting Laser - VCSEL) qui ont des avantages par rapport aux autres technologies des lasers : fabrication et intégration industrialisables, fiabilité, facilité de tests et d’assemblages, faible consommation, etc.

L’installation plus simple est due aux diamètres des cœurs. Le cœur plus large (50 µm) des fibres multimodales par rapport à celui des fibres...

1. Fibres multimodales à saut d’indice

Ce sont les premières fibres optiques qui ont été utilisées dès 1970 par Charles Kuen Kao. Le cœur possède un indice uniforme n1 et la gaine optique a un indice uniforme n2, avec n1 supérieur à n2. Cette rupture d’indice à la frontière entre le cœur et la gaine est appelée "saut d’indice". Les rayons lumineux se propagent dans le cœur par réflexion interne à l’interface cœur-gaine.

Les rayons lumineux ne suivent pas tous le même trajet, car leur réflexion sur la gaine ne se fait pas selon le même angle. Ainsi, ils ne mettent pas le même temps pour parcourir la même distance : c’est la dispersion intermodale. Cela entraîne un étalement des impulsions qui est d’autant plus prononcé que la longueur parcourue est grande. D’où les limitations imposées : soit avoir une courte longueur de fibre, soit avoir un débit de transmission relativement faible.

Ces fibres se retrouvent dans des applications à liaisons courtes et à débits peu élevés comme dans des équipements médicaux, certains capteurs, etc.

2. Fibres multimodales à gradient d’indice

Ces fibres ont été développées pour compenser la faiblesse du produit [débit x distance] des fibres à saut d’indice. Ici, l’indice du cœur diminue progressivement du centre du cœur vers sa périphérie. La propagation des rayons lumineux étant fonction de l’indice, ceux qui sont en périphérie vont plus vite que ceux qui sont au centre, mais ils parcourent une distance plus grande, compte tenu des réflexions à l’interface cœur-gaine. Ainsi, les rayons en périphérie arrivent en même temps que les rayons centraux.

Ces fibres multimodales...

1. Fibres multimodales en fin de vie : A1-OM1 et A1-OM2

Les fibres A1-OM1 sont des fibres optiques multimodales 62,5/125 µm qui ont été créées en 1989 pour supporter le Fast Ethernet à 100 Mbit/s. Désormais, à cause de leurs faibles performances, elles ne peuvent plus suivre la montée en débit des protocoles des réseaux locaux.

Les fibres A1-OM2 sont des fibres optiques multimodales au cœur plus fin 50/125 µm qui ont été définies en 1998 pour Ethernet à 1 Gbit/s ou 1 GbE. Là aussi  la montée en débit des transmissions des données les fait disparaître, peu à peu, du marché.

Cette disparition du marché des fibres A1-OM1 et A1-OM2 a été actée par l’ISO et la CEI, car ces fibres ne font plus partie intégrante de la norme ISO/IEC 11801-1:2017, mais elles ont été rejetées dans une annexe.

2. Fibres multimodales classiquement installées :...

1. Caractéristiques des fibres multimodales A1-OM5

Les fibres A1-OM5 sont des fibres optiques multimodales 50/125 µm qui sont commercialisées depuis juin 2016. Leur caractéristique clé : elles peuvent assurer des transmissions dans une bande de fréquences relativement large allant de 840 à 953 nm (d’où, parfois, l’appellation Wide Band MultiMode Fiber - WBMMF). Malgré cela, elles sont compatibles avec les fibres A1-OM4 et supportent les mêmes protocoles, car les valeurs à 850 nm n’ont pas été modifiées.

De plus, grâce à leur largeur de bande, ces fibres autorisent les transmissions s’appuyant sur le multiplexage par répartition en longueurs d’onde courtes (Shortwave Wavelength Division Multiplexing - SWDM).

2. Multiplexage SWDM

1. Généralités sur les FOP

Les fibres optiques en plastique - FOP (Plastic Optical Fiber - POF) ont été créées avant les fibres en verre, mais leurs piètres qualités, à l’origine, ont fait qu’elles ont été quelque peu délaissées pour la transmission de données. Elles ont évolué et, désormais, elles peuvent avoir des profils en saut d’indice, en sauts multiples d’indice ou en gradient d’indice.

L’IEEE les a consacrées à travers la normalisation de la transmission à 1 Gbit/s : norme IEEE 802.3bv publiée en mars 2017 et intégrée dans la section 7 de la norme IEEE 802.3-2018 (cf. chapitre Ethernet dans les centres de données, section Norme IEEE 802.3-2018).

Exemple d’un avantage en volume des FOP versus câble en cuivre

On les rencontre dans les équipements et les réseaux dans l’automobile, dans des réseaux de capteurs, des réseaux locaux industriels, des équipements audiovisuels, des applications de transmission du rayonnement lumineux, des équipements médicaux, etc.

Quelques exemples :