Les fibres optiques sont des câbles en verre flexibles, principalement composés de silice, qui permettent la transmission de signaux lumineux. Elles sont constituées d'un cœur, d'une gaine et sont protégées par une enveloppe plastique (Figure 1). La lumière circule dans le cœur, et la gaine empêche la lumière de s'échapper.
Il existe deux principaux types de fibres optiques : monomodes et multimodes. Les fibres monomodes ont un diamètre de cœur très petit (8 à 10 µm) et ne peuvent transmettre qu'un seul mode de lumière (faisceau).
Les fibres multimodes ont un diamètre de cœur supérieur à 50 µm, ce qui permet la transmission de plusieurs modes de lumière.
Les fibres monomodes peuvent transmettre davantage d'informations car elles ont une bande passante plus élevée que les fibres multimodes.
Types d'épissures
Il existe deux types d'épissures : les épissures mécaniques et les épissures par fusion. Une épissure mécanique consiste à aligner les fibres sur un support permettant leur fixation mécanique ou par collage.
Les épissures mécaniques sont principalement utilisées avec les fibres multimodes, mais peuvent également convenir aux fibres monomodes à faible excentricité, à condition que les pertes d'insertion soient plus élevées et les pertes par réflexion plus faibles qu'avec les épissures par fusion.
Ces dernières sont réalisées en faisant fondre la fibre à l'aide d'un arc électrique haute tension ou d'un autre procédé de chauffage. Elles sont compatibles avec tous les types de fibres (monomodes ou multimodes) et offrent des pertes d'insertion plus faibles et des pertes par réflexion plus élevées (réduction des réflexions).
Soudage par fusion :
Le soudage par fusion consiste, en résumé, à assembler deux fibres en faisant fondre le matériau à leurs extrémités à l’aide d’une source de chaleur. Cette source est généralement composée de deux électrodes entre lesquelles un arc électrique est produit lorsqu’une source haute tension de 4 000 à 5 000 volts à courant contrôlé est appliquée. La chaleur générée par l’arc électrique dépend du courant fourni par la source haute tension à un instant donné.
Le soudage par fusion est réalisé à l'aide d'une machine communément appelée soudeuse. Les principales fonctions de cette machine sont l'approximation, l'alignement et la fusion des fibres, ainsi que le calcul des pertes estimées (Figure 2). Enfin, la machine est équipée d'un élément chauffant intégré permettant la mise en place du protecteur de soudure.
Comment réaliser une épissure par fusion
: Pour effectuer une épissure, les fibres doivent être dénudées (retrait de la gaine primaire), nettoyées avec du papier non pelucheux ou une gaze imbibée d’alcool, de préférence d’éthanol, bien que l’alcool isopropylique puisse également convenir. Elles doivent ensuite être coupées à l’aide d’une cliveuse de précision garantissant un angle de coupe inférieur à 1° par rapport à la perpendiculaire. Les fibres sont placées dans la machine, en veillant à ne pas les contaminer, et l’épissure est réalisée par simple pression sur un bouton, la machine effectuant le processus automatiquement. Une fois la fusion terminée, la machine évalue les pertes d’épissure et le protecteur d’épissure peut être appliqué.
L’alignement des fibres est le facteur qui influence le plus la perte de signal optique dans les épissures ; il peut être de trois types : longitudinal (écartement), latéral et angulaire.
La perte de signal optique dépend des erreurs d’alignement et des caractéristiques des fibres épissées, notamment le diamètre du cœur et l’ouverture numérique (ON). Voir la figure 3.
L'un des facteurs les plus importants pour minimiser les pertes lors de l'épissure des fibres optiques est l'angle de clivage par rapport à la perpendiculaire à l'axe ; cet angle doit être inférieur à 1° sur toute la surface clivée. Des cliveuses de précision sont utilisées pour réaliser ces coupes (figure 4).
Composition d'une soudeuse à fusion
Les soudeuses à fusion sont composées de différents systèmes, chacun ayant des fonctions distinctes, que l'on peut différencier comme suit :
- Systèmes de serrage du blindage primaire. Leur rôle est d'empêcher les fibres de se déplacer à l'intérieur ou à l'extérieur de la machine et de tourner pendant l'épissure.
- Système de visualisation du point d'épissure. Ce système permet de visualiser la zone de fusion. Il peut être composé d'un microscope (sur les machines anciennes ou économiques), d'une caméra vidéo et d'un miroir, ou de deux caméras vidéo. Ces dernières sont les plus rapides, car elles permettent de visualiser simultanément les deux axes d'alignement.
- Système d'alignement. Sa fonction principale est d'aligner les extrémités des fibres afin que leurs cœurs coïncident le plus précisément possible. Il existe deux types principaux : l'alignement du cœur et l'alignement de la gaine. Le premier positionne et aligne les cœurs des fibres, tandis que le second fait de même avec la gaine.
Les machines capables d'aligner les noyaux utilisent des systèmes d'alignement tels que LID ou PAS.
Le système LID (Injection et Détection de Lumière) fonctionne en injectant de la lumière à travers le blindage dans l'une des fibres via une
courbure, puis en détectant la lumière transférée à l'autre fibre en l'extrayant du blindage par la même méthode d'injection. Ce système présente des inconvénients : la quantité de lumière injectée dépend de l'opacité et de l'épaisseur du blindage, ce qui peut entraîner des dysfonctionnements avec certaines fibres. De plus, la quantité de lumière injectée et extraite
est souvent très faible, ce qui peut ralentir le processus d'alignement.
Le système PAS (Système d'Alignement de Profil) réalise l'alignement à partir du profil des cœurs de fibre sur des images obtenues par une ou deux caméras lorsque les fibres sont éclairées par une source de lumière collimatée (faisceaux parallèles). C'est le système le plus répandu car il est le plus rapide (épissure en 9 secondes) et le plus polyvalent.
- Système de fusion. Il comprend les électrodes et la source d'alimentation haute tension, et assure la fusion optimale des fibres optiques.
- Système de chauffage. Il chauffe la gaine thermorétractable des épissures.
- Système de contrôle. Il pilote les différents systèmes afin d'automatiser le fonctionnement de la machine et de réaliser l'épissure dans les meilleurs délais et avec une qualité optimale.
La précision et la qualité de ces systèmes influencent considérablement les résultats des épissures et la rapidité d'exécution des travaux, ce qui se traduira par une plus grande rentabilité. (Figure 5).
Types de soudeuses à fusion
Il existe une grande variété de soudeuses à fusion, que l'on peut diviser en deux types principaux : les soudeuses de terrain, les plus couramment utilisées car elles servent à l'installation de câbles à fibres optiques, et les soudeuses industrielles, utilisées pour l'épissure des fibres optiques lors de la fabrication de composants électro-optiques (amplificateurs, compensateurs, etc.) ou dans les laboratoires de recherche (Figure 6).
Les soudeuses de terrain peuvent assembler des fibres multimodes : G651, EIA-492 ou ISO/IEC 793, et des fibres monomodes : G652, G653, G654, G655, G656 et G657.
Figure 7. Soudeuses à fusion de champ pour fibres ruban et fibres simples.
Les soudeuses à fusion industrielles peuvent également servir à souder les types de fibres utilisés dans les soudeuses de terrain et les fibres dont le diamètre de gaine est supérieur à 150 µm. Des soudeuses à fusion industrielles plus complexes sont nécessaires pour les fibres à polarisation contrôlée (Panda, Bow Tie, etc.), car celles-ci requièrent une rotation des fibres pour maintenir leur polarisation.
Les câbles à fibres optiques sont fabriqués soit avec des fibres regroupées en rubans, soit avec des fibres libres insérées dans des tubes ou des gaines ; par conséquent, les soudeuses à fusion de terrain se divisent en soudeuses à fusion pour rubans et soudeuses à fusion pour fibres individuelles (Figure 7).
Pour assembler des fibres regroupées en rubans, une machine capable de souder simultanément toutes les fibres du ruban (12, 10, 8, 4, etc.) est requise.
Le soudage des câbles composés de fibres libres est réalisé avec des soudeuses à fusion pour fibres individuelles.
Il existe deux principaux types de soudeuses à fusion de fibres monomodes, qui diffèrent par le type d'alignement utilisé pour assembler les fibres : les soudeuses à alignement de cœur et les soudeuses à alignement de gaine.
Les soudeuses à alignement de cœur offrent la meilleure qualité, car la lumière se propageant dans le cœur de la fibre, leur alignement minimise les pertes de signal optique au niveau de la soudure. C'est pourquoi elles sont principalement utilisées pour la soudure de fibres monomodes, bien qu'elles puissent également souder des fibres multimodes. Les soudeuses à alignement de gaine sont parfaitement adaptées à l'assemblage de fibres multimodes, mais peuvent aussi être utilisées pour les fibres monomodes si les centres des cœurs sont alignés avec les centres des gaines (faible excentricité).
Les soudeuses à alignement de cœur sont constituées de deux fentes en forme de V (où les fibres sont placées) équipées de mécanismes de déplacement latéral et vertical. Ces machines sont plus coûteuses que les soudeuses à alignement de gaine, car elles comportent davantage de moteurs et des caméras et objectifs de meilleure qualité.
Les machines d'alignement de gaines comportent une rainure en V sur laquelle sont placées les fibres à assembler, permettant ainsi d'aligner leur gaine. Les fibres monomodes utilisées dans les câbles depuis plusieurs années présentent de très faibles niveaux d'excentricité. Par conséquent, ces machines peuvent également être utilisées pour travailler avec des câbles à fibres monomodes de moins de 15 ans.
Quel soudeur à fusion acheter ?
Pour choisir le modèle qui répond le mieux à vos besoins, il convient d’analyser les aspects suivants :
- Type d'alignement. Les machines d'alignement de cœur offrant de meilleures performances que celles d'alignement de gaine, il convient de prendre en compte les points suivants : pour les fibres monomodes à pertes minimales (secteur des télécommunications), une machine d'alignement de cœur est la solution la plus recommandée ; en revanche, pour l'épissure de fibres monomodes à pertes raisonnables (FTTx, CATV, LAN, etc.) ou de fibres multimodes (LAN, contrôle industriel, etc.), tout type de soudeuse à fusion peut être utilisé.
- Coût. Les machines d'alignement de cœur sont plus onéreuses (environ 35 %) que celles d'alignement de gaine.
- Conditions environnementales. Il est conseillé de choisir, parmi les différentes options disponibles sur le marché, une machine capable de résister aux conditions de température, d'humidité et d'altitude du lieu d'utilisation, ainsi qu'aux vibrations lors du transport, aux chocs, à la poussière, etc. Pour une utilisation en intérieur, les exigences sont minimales, tandis que pour une utilisation en extérieur, des marges plus importantes sont nécessaires.
- Service après-vente. Ces machines sont des instruments de haute précision qui nécessitent des réajustements périodiques et des réparations rapides ; il est donc conseillé de disposer d'un bon service après-vente technique au niveau national.
Auteur:
Pedro Notario, directeur technique de TELECOM-UNITRONICS
