Explications concernant les zones mortes d’événement OTDR et d’affaiblissement - OptiFiber Pro

Introduction

Le test de câblage fibre optique multimode dans des environnements à haute densité nécessite une OTDR spécialisé capable de tester des connecteurs rapprochés. Ces connecteurs ont souvent une perte par insertion et un facteur de réflexion élevés. En conséquence, les essais avec un réflectomètre optique sont facilités pour tous les OTDR sauf ceux disposant de la résolution spatiale la plus élevée.

Au cœur de ce type d’OTDR se trouvent deux composants : un laser pulsé et une photodiode à avalanche (PDA). La conception de l’électronique et, plus important encore, le type de PDA sélectionnée, détermine les performances de zone morte.

Tous les fournisseurs d’OTDR fournissent une spécification en matière de zone morte. Cependant, il y a plusieurs choses à prendre en compte lors de l’examen des zones mortes. Tout d’abord, on doit prendre en compte les conditions dans lesquelles la zone morte est spécifiée. Deuxièmement, le fait que la zone morte change à mesure que le facteur de réflexion augmente est important, les fournisseurs ne le précisent pas. Et troisièmement, que peut-on attendre au niveau des performances en matière de zones mortes dans un réseau de fibres optiques en situation réelle.

Caractéristiques en matière de zone morte

Comme illustré dans la Figure 1, la zone morte d’atténuation (ADZ) est définie comme la distance, habituellement pour un événement de réflexion avec un seul connecteur en bon état de marche, entre le front montant de l’impulsion à la déviation de 0,5 dB par rapport à une ligne droite jusqu’au niveau de la rétrodiffusion. Le niveau de rétrodiffusion est la ligne de pente de la courbe qui donne la valeur d’atténuation de la fibre. Cette spécification de zone morte est habituellement indiquée pour les meilleures conditions telles que la plus courte largeur d’impulsion et le meilleur facteur de réflexion de connecteur.

La spécification ADZ vise à fournir une indication de la distance après un connecteur après laquelle une mesure de la perte exacte est possible. D’après cette définition, on pourrait s’attendre à ce qu’un cordon de raccordement, la longueur de la zone morte, puisse être concaténé avec un connecteur précédent pour effectuer une mesure de la perte. En réalité, cela peut ne pas être vrai.

Comme illustré dans la Figure 2, la zone morte d’atténuation (ADZ) est définie comme la distance, habituellement pour un seul connecteur en bon état de marche, entre deux curseurs réglés 1,5 dB en deçà d’un niveau maximal de réflexion. Cela représente la moitié de la largeur d’impulsion maximale complète dans le domaine linéaire. Encore une fois, cette spécification de zone morte est habituellement indiquée pour les meilleures conditions, à l’aide de la plus courte largeur d’impulsion et du meilleur facteur de réflexion de connecteur.

 La spécification ADZ vise à fournir une indication de la distance après un connecteur à laquelle une mesure de la longueur exacte est possible. D’après cette définition, on pourrait s’attendre à ce qu’un cordon de raccordement, la longueur de la zone morte, puisse être concaténé avec un connecteur précédent pour effectuer une mesure de la longueur. Cela est généralement vrai uniquement si les deux connecteurs répondent aux critères pour les conditions dans lesquelles l’EDZ est spécifiée (c.-à-dire 45 dB de facteur de réflexion). Lorsque le facteur de réflexion est modifié pour chaque connecteur, la définition n’est plus valide et la zone morte augmente.

Pour les deux types de zones mortes, la mesure est habituellement effectuée au niveau d’un seul connecteur de haute qualité. Pour la fibre optique monomode, cela pourrait être effectué avec un connecteur ayant un facteur de réflexion de 52 dB. Sur les figures ci-dessus,une « non-saturation » implique une faible réflectance de connecteur, un facteur de réflexion qui ne provoque pas la saturation et la distorsion du récepteur OTDR. Lorsque la réflectance est élevée, les zones mortes augmentent en raison d’un phénomène intrinsèque à la PDA appelé « traînage ». 

Applications pratiques de la zone morte

Les attentes de la clientèle en matière de performances d’un OTDR peuvent ne pas être conformes aux spécifications de l’OTDR. Les spécifications sont données pour certaines conditions généralement décrites clairement dans les notes. 

Pour les OTDR, on devrait s’attendre à des spécifications de zone morte se limitant à des mesures se rapprochant des extrémités sous certaines conditions stipulées. Les zones mortes ne sont pas censées demeurer constantes à la longueur de mesure. Les zones mortes sont fonction des impulsions émises d’une largeur limitée qui deviennent plus larges à mesure que la longueur de mesure augmente (des impulsions plus larges sont utilisées pour des mesures de longueur plus longues). Les zones mortes augmentent en fonction du facteur de réflexion sauf dans quelques cas, qui seront passés en revue plus tard. Les spécifications de la zone morte sont disponibles afin qu’un utilisateur puisse comparer les performances des OTDR. Cependant, la spécification de la zone morte est définie pour un seul événement, et non pas comme un test de réseau.

Les OTDR plus sophistiqués affichent non seulement une trace et un tableau de l’événement, ils fournissent également une « carte » graphique du câblage fibre optique étant testé. La fonction de mappage a été introduite sur les OTDR présents au sein des installations de l’abonné, mais est devenue populaire et est offerte par de nombreux fournisseurs. Les informations de mappage sont dérivées de la même analyse qui est utilisée pour générer un tableau de l’événement, mais sont affichées sous forme de schéma qui est plus facile à utiliser. Le logiciel de l’analyseur est poussé dans ses derniers retranchements quand des connecteurs très proches l’un de l’autre doivent être mesurés, surtout si chaque connecteur comporte différents facteurs de réflexion (c’est-à-dire un connecteur intègre suivie d’un connecteur rayé).

Ci-dessous se trouve un exemple d’attente en matière de zone morte. L’événement de zone morte est spécifié comme mesurant 1 mètre. Le réseau de fibres optiques a un cordon de raccordement de 1 mètre au milieu de deux longueurs plus longues. L’utilisateur s’attend à ce que l’OTDR vienne localiser et identifier le cordon de raccordement de 1 mètre et éventuellement faire des mesures de la perte et de la réflexion. L’OTDR pourra mesurer la longueur du cordon de 1 mètre seulement si les conditions des spécifications sont respectées, les deux facteurs de réflexion doivent être conformes aux limites, telles que définies dans la note particulière de la spécification. Gardez à l’esprit que les zones mortes d’événements peuvent seulement localiser les pics de réflectance, les mesures de pertes ne sont donc pas possibles.

Autre exemple : la zone morte d’atténuation est de 2 mètres. Le réseau de fibres optiques a un cordon de raccordement de 2 mètres au milieu de deux longueurs plus longues. L’utilisateur s’attend à pouvoir mesurer la perte du cordon de raccordement. Si la rétrodiffusion est suffisante après chaque réflexion comme cela est illustré, l’OTDR pourra prendre la mesure.

Dans la Figure 3, le premier connecteur de 1,94 mètres de longueur est identifié, de même que son emplacement, la perte et la réflectance. Comme deux connecteurs sont très proches l’un de l’autre, la rétrodiffusion peut être limitée après la première impulsion. La seconde impulsion peut se fondre dans la rétrodiffusion de la première. En conséquence, la perte est mesurée à partir de la rétrodiffusion de la deuxième impulsion jusqu’à l’extrémité du retour d’onde réfléchie avant la première impulsion. Ce qui est réellement mesuré est donc la perte des deux impulsions.

Dans la Figure 4, la deuxième impulsion sur le côté le plus éloigné du cordon de raccordement de 1,94 m ne peut être identifiée et est marquée comme un événement masqué. En effet, le début de la deuxième impulsion est masqué par la rétrodiffusion de la première impulsion. Par conséquent, cet événement ne peut être mesuré pleinement.

La figure 5 montre que, avec assez de distance entre les impulsions, l’atténuation du connecteur au niveau des deux facteurs de réflexion peut facilement être mesurée. Dans ces conditions, la zone morte d’atténuation peut être vérifiée conformément aux spécifications de l’OTDR.

En revanche, si le réseau de fibres optiques a un cordon de raccordement de 2 m au milieu de deux longues portions de fibres optiques, il pourrait être difficile de faire une mesure fiable car la rétrodiffusion n’est pas assez forte après le premier connecteur (réflectance) pour établir une approximation de la ligne droite.

La figure 6 montre un exemple de deux connecteurs rapprochés qui pourrait très bien être la longueur de la spécification de zone morte d’atténuation. Un utilisateur d’OTDR qualifié pourrait effectuer une mesure manuelle des zones mortes d’atténuation de ces deux impulsions. Le logiciel d’analyse, en revanche, pourrait mesurer la perte du premier connecteur (impulsion) en mesurant la différence de rétrodiffusion dès le début de la première impulsion jusqu’à la fin de la deuxième impulsion.

Photodiodes

Fréquemment, les conceptions d’OTDR partagent un photodétecteur entre deux longueurs d’onde. Les détecteurs InGaAs sont couramment utilisés dans les OTDR pour détecter les fibres optiques 1310 nm et 1550 nm lors de tests monomodes. Pour les tests multimodes, il y a généralement deux possibilités. La première consiste à utiliser une photodiode InGaAs pour le 850 nm et 1300 nm. L’InGaAs répond bien sur le 1300 nm, mais a une réceptivité faible et souvent non spécifiée (par le fournisseur du PDA) sur du 850 nm. Le deuxième choix consiste à utiliser deux photodiodes, un InGaAs pour la fibre optique multimode 1300 nm et l’autre en Si (silicium) pour la fibre optique multimode 850 nm.

Non seulement le silicium répond bien au 850 nm, il a aussi un gain interne beaucoup plus élevé (une caractéristique de la PDA) qu’un appareil InGaAs. Les photodiodes utilisées pour les OTDR ont un gain interne appelé facteur de multiplication. Ce gain interne améliore considérablement le rapport signal sur bruit qui est lié à la plage dynamique de l’instrument. À titre d’exemple, une PDA InGaAs peut avoir un facteur de multiplication de 30 alors que la PDA Si peut avoir un facteur de multiplication de 70. Cela signifie que pour un niveau donné de rétrodiffusion, une impulsion plus étroite peut être utilisée, ce qui viendrait améliorer la résolution spatiale.

La zone morte par rapport au facteur de réflexion pour les photodiodes InGaAs et Si

Comme mentionné précédemment, la zone morte augmente généralement à mesure que le facteur de réflexion augmente et cela est particulièrement gênant lors de l’utilisation de photodétecteurs InGaAs. Le silicium est beaucoup mieux.

Les deux graphiques suivants sont composés de données provenant de deux OTDR utilisant une PDA Si ou InGaAs. Les données de la InGaAs, bien que prise à 1550 nm, ont le même type de réponse en matière de zone morte pour toutes les longueurs d’onde, y compris le 850 nm. Des largeurs d’impulsions similaires ont été utilisées pour le 850 nm et le 1310 nm.

Les données ci-dessous montrent la relation entre zones mortes et la réflectance de connecteur à 1550 nm en utilisant une photodiode InGaAs couramment utilisée dans l’OTDR. Le premier graphique de la figure 7 montre l’événement de zone morte (EDZ) de 850 nm et la zone morte d’atténuation (ADZ) à mesure que la réflectance augmente d’une valeur pour un connecteur UPC typique (-45 dB) à un connecteur à haute réflectance (c.-à-dire un connecteur sale).

Les données montrent que l’EDZ n’est pas affectée par la réflectance. C’est parce que la mesure est effectuée en deçà d’un niveau maximal non saturé. Si le pic venait à être saturé (c.-à-d. « sommet plat »), l’EDZ augmenterait, mais cela est lié à la conception de l’OTDR. Pour l’ADZ, il y a une augmentation progressive de 2 mètres à 2,75 mètres mais à une réflectance de -26 dB , il y a déviation et l’ADZ augmente à 4,5 mètres lorsque la réflexion est de -25 dB. Malgré l’augmentation de l’ADZ sur cette plage, c’est beaucoup mieux que ce que l’ADZ pourrait être si une PDA InGaAs était utilisée tel qu’illustré à la Figure 8.

La figure 8 montre les performances de zone morte de 1550 nm pour une PDA InGaAs à mesure que la réflectance est augmentée. Ce graphique présente l’EDZ et l’ADZ à mesure que la réflectance augmente sur un connecteur UPC typique à -51 dB et un connecteur à forte réflectance à -30 dB (c’est-à-dire un connecteur sale). L’EDZ n’est pas affectée par le facteur de réflexion, mais l’ADZ augmente lentement de 4,5 mètres à 5 mètres sur une plage de 15 dB puis augmente rapidement à -30 dB et atteint plus de 30 mètres d’ADZ. L’ADZ continuera d’augmenter tant que la réflectance augmente. Sauf si une disposition compliquée est utilisée pour les OTDR monomodes, tous souffrent de ce phénomène lorsqu’une PDA de type InGaAs est utilisée.

Résumé

Les PDA en silicium offrent une performance supérieure lors de l’essai des fibres optiques multimodes à 850 nm par rapport aux PDA de type InGaAs utilisées avec des OTDR. Les PDA en silicium ont un meilleur rapport signal sur bruit, ce qui encourage l’utilisation d’impulsions de détection étroites et l’analyse de câbles en fibre optique installés. Les PDA en silicium souffrent beaucoup moins de traînage lorsqu’elles sont soumises à une surcharge optique causée par une forte réflectance au niveau des connecteurs. Une forte réflectance est sans doute le problème le plus commun rencontré par les OTDR pendant le test de réseaux en fibre optique. Les données démontrent que les OTDR employant des PDA en silicium disposent d’avantages en termes de performance par rapport aux autres types d’OTDR, particulièrement lors d’applications en haute résolution.

Alors que des OTDR à haute performance peuvent exiger des dépenses supplémentaires, pour l’utilisateur qui compare les caractéristiques des fournisseurs d’OTDR, le fait qu’une PDA en silicium soit utilisée n’est pas clair si une évaluation avec des facteurs de réflexion élevés n’est pas accomplie.