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Série 101 : utilisation de LED par rapport aux VCSEL

Mark Mullins

Puisque les réseaux fibre optique haut débit d’aujourd’hui utilisent des récepteurs laser à cavité verticale et à émission par la surface (VCSEL) de 850-nm, la raison pour laquelle les sources à diodes électroluminescentes (LED) sont utilisées pour les essais peut prêter à confusion chez certaines personnes. Comprendre la différence entre ces deux sources permettra de nous éclairer un peu plus.

Une leçon d’histoire

Lorsque la fibre optique a été introduite pour la première fois au profit de l’Ethernet 10 et 100 Mb/s, les sources de lumière LED étaient utilisées avec la fibre multimode de 62,5 μm, également appelée OM1. Avec une taille d’environ 100 μm, une source de lumière LED pouvait remplir l’âme de 62,5μm de la fibre OM1 et les deux ont bien fonctionné ensemble pendant plusieurs années dans des applications de 10 et de 100 Mb/s. Mais avec la nécessité de débits plus importants, Les LED ne pouvaient plus être à la hauteur : leur débit maximal d’environ 622 Mb/s signifiait qu’elles ne pouvaient plus prendre en charge une transmission de 1 Gb/s ou plus.

Comparaison des LED, VCSEL et du laser monomode

Une possibilité permettant de prendre en charge des vitesses plus élevées consistait à recourir au type de laser utilisé dans des applications à fibre optique monomode, telles que les lasers Fabry-Pérot, mais elles étaient trop chères pour une transmission de 1 Gb/s à plus courte portée sur le multimode et leur minuscule taille d’environ 10 μm les rendait difficilement applicable pour autre chose que la fibre optique monomode.

Les VCSEL de 850 nm peu coûteux, avec une puissance plus concentrée et la capacité de prendre en charge des débits de données plus élevés, ont été mis au point pour répondre à cela, mais avec une taille plus petite (35 μm) par rapport à celle d’une LED, ils nécessitaient une taille d'âme plus petite d’une fibre multimode de 50 μm. La fibre doit être optimisée pour être utilisée avec les VCSEL. C’est là que la fibre optique multimode OM3 optimisée au laser a été introduite, suivie de la fibre optique multimode OM4 avec des capacités de bande passante encore plus élevées (consulter notre blog précédent qui traite des OM).

Pourquoi avoir besoin d’un laser optimisé ? Non seulement les VCSEL ne remplissent pas suffisamment le cœur de la fibre optique, mais également, ils n’excitent pas tous les modes (trajets de lumière) dans une fibre optique multimode comme le font les LED. Les VCSEL n’excitent pas non plus les modes de manière uniforme ; la puissance d’un VCSEL fluctue et peut varier d’un VCSEL à un autre. Par conséquent, Les VCSEL excitent différents modes à différents moments, ce qui peut amener les impulsions de lumière à parvenir au récepteur à différents moments. La propagation de ces impulsions, calculées sous forme de retard en mode différentiel (differential mode delay, DMD), affecte négativement la bande passante. Pour permettre de limiter au maximum le DMD et d’optimiser la bande passante, la fibre optique multimode optimisée au laser possède un profil de l’indice de réfraction gradué qui fait en sorte que tous les modes parviennent au récepteur à peu près au même moment.

Alors pourquoi dois-je effectuer le test avec des LED ?

Puisque les VCSEL constituent la source lumineuse finale utilisée dans un réseau de fibre optique fonctionnant en permanence, il semble paradoxal de tester les liaisons par fibre optique à l’aide des sources lumineuses LED. Mais c’est très simple.

Par rapport aux sources lumineuses LED qui remplissent en excès l’âme de la fibre optique et excitent davantage de nœuds, l’injection d’une source lumineuse VCSEL pas assez puissante n’excite pas autant de modes. Au cours des tests, cela peut être à l’origine d'une négligence de défauts dans l’âme de la fibre optique ou d'événements de perte importante, par exemple, une connexion mal alignée, ce qui peut donner lieu à une mesure de perte trop optimiste et entraîner le risque de venir VALIDER une mauvaise liaison. C’est pourquoi les normes du secteur ont établi qu’une injection trop forte avec des résultats pessimistes est la meilleure option.

Si les LED permettent d’éviter le risque de validation d’une mauvaise liaison lorsque tous les modes, les modes de plus grand ordre se déplaçant loin du cœur et les modes de plus petit ordre se déplaçant près du cœur, sont excités, cela peut provoquer des variations dans la mesure des pertes et des résultats trop pessimistes. Dans les liaisons évoluées par fibre optique multimode de 40 et de 100 gig qui remplissent les exigences de perte strictes, les résultats pessimistes ne constituent pas une option et même les variations mineures peuvent signifier une différence entre la RÉUSSITE et l’ÉCHEC.

Test de lumière VCSEL - résultat pessimiste, résultat optimiste, résultat correct

Le meilleur moyen de réduire la variabilité et de contrôler les conditions d’injection pour bénéficier de résultats de test les plus précis et reproductibles est d’utiliser la méthode de test EF (flux inscrit). Maintenant requis pour le test de fibre optique multimode par les normes TIA et ISO/CEI, le test EF injecte la lumière avec plus de précision afin de mieux répondre aux conditions d’injection laser d’un VCSEL sans sous-remplir l'âme et fournir des mesures de perte trop optimistes. Le jeu de test de perte optique CertiFiber® Pro de Fluke Networks est un testeur compatible avec le flux inscrit.

Pour en savoir plus sur le test compatible avec le flux inscrit, téléchargez le livre blanc ici.


 
 
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