Comment la fibre transporte les données par la lumière

Le câble à fibre optique transporte les données sous forme d’impulsions de lumière, plutôt que de signaux électriques sur du cuivre. Un laser ou une LED allume et éteint la lumière, ou la module, pour représenter les uns et les zéros des données numériques ; un détecteur à l’autre extrémité reconvertit ces impulsions en données. Comme la lumière se propage dans le verre avec très peu de pertes, la fibre atteint des débits et des distances bien supérieurs à ceux du cuivre.

Une fibre possède une structure en couches :

• Cœur — le centre en verre ultrafin qui transporte la lumière.
• Gaine optique — le verre autour du cœur qui réfléchit la lumière vers l’intérieur.
• Revêtement et gaine — les couches protectrices externes.

Le cœur et la gaine optique sont constitués de verres aux propriétés légèrement différentes ; c’est cette différence qui maintient la lumière dans le cœur.

La fibre fonctionne grâce à la réflexion interne totale. Le verre du cœur dévie davantage la lumière que celui de la gaine optique. Ainsi, lorsque la lumière atteint la limite entre les deux à un angle faible, elle est entièrement réfléchie vers le cœur au lieu de s’en échapper. L’impulsion lumineuse rebondit le long de la fibre, même dans les courbes douces. Ce confinement de la lumière est au cœur du transport des données sur plusieurs kilomètres sans perte du signal.

La lumière perd son énergie bien plus lentement dans le verre que les signaux électriques dans le cuivre. La fibre prend donc en charge une largeur de bande supérieure et couvre des distances bien plus longues — des kilomètres au lieu de la limite de 100 mètres du cuivre — avant qu’une amplification soit nécessaire. Elle transporte également d’énormes débits de données, car la lumière peut être modulée à une vitesse extrêmement élevée. Ces caractéristiques font de la fibre l’ossature d’Internet et des centres de données.

Un avantage majeur de la fibre est qu’elle est insensible aux interférences électromagnétiques. Comme elle transporte de la lumière et non de l’électricité, les moteurs proches, les lignes électriques et les parasites radio ne peuvent pas altérer le signal. La fibre est donc idéale dans les sites industriels soumis à de fortes perturbations électriques et pour les liaisons entre bâtiments, où la foudre ou les différences de potentiel de terre pourraient endommager le cuivre. Elle n’émet pas non plus de signal, ce qui la rend plus difficile à intercepter.

Les appareils utilisent Ethernet électrique ; les liaisons en fibre ont donc besoin d’un émetteur-récepteur, un module qui convertit les signaux électriques en lumière pour l’émission, puis reconvertit la lumière en signaux électriques pour la réception. Les émetteurs-récepteurs enfichables courants sont appelés SFP (Small Form-factor Pluggable) et SFP+ pour les débits supérieurs. Ils s’insèrent dans les ports des commutateurs et permettent de choisir le type de fibre et la distance adaptés à chaque liaison.

La fibre est performante, mais elle présente aussi des inconvénients :

• Avantages — débit élevé, longue distance, immunité aux EMI, sécurité.
• Inconvénients — câble et émetteurs-récepteurs plus coûteux, verre fragile, raccordement et terminaison plus difficiles.

Le cœur en verre peut se fissurer s’il est plié trop fortement, et l’assemblage des fibres nécessite des outils précis. Les compétences d’installation sont donc plus importantes qu’avec le cuivre.

La fibre doit être manipulée avec précaution. Ne la pliez jamais au-delà de son rayon de courbure minimal, car la lumière pourrait s’échapper et le verre se briser. Gardez les extrémités des connecteurs propres : même une poussière minuscule peut bloquer suffisamment de lumière pour perturber une liaison. Ne regardez jamais directement dans une fibre active ou un émetteur-récepteur, car la lumière du laser infrarouge est invisible, mais peut endommager vos yeux. Ces consignes de sécurité peuvent être abordées à l’examen.

La fibre domine partout où le débit et la distance sont essentiels :

• Ossatures Internet couvrant des villes et des océans.
• Cœurs de centres de données reliant des commutateurs à haut débit.
• Liaisons entre bâtiments sur un campus.
• Fibre jusqu’au domicile pour un accès haut débit rapide.

Au poste de travail, le cuivre reste souvent plus avantageux, mais la fibre transporte le trafic important en arrière-plan.

Comme une seule fibre transporte généralement la lumière dans une seule direction, les liaisons utilisent souvent deux fibres — une pour émettre et une pour recevoir — afin d’assurer une communication en duplex intégral. C’est pourquoi les câbles de raccordement en fibre sont souvent constitués d’une paire attachée. Certains systèmes avancés à fibre unique émettent et reçoivent sur différentes longueurs d’onde dans une même fibre, mais le cas courant repose sur une fibre d’émission et une fibre de réception.

Imaginez un long tunnel dont les parois sont tapissées de miroirs, dans lequel quelqu’un envoie des éclairs de lampe de poche en code Morse. Les parois réfléchissent la lumière, qui parcourt une grande distance sans faiblir, et le message arrive intact à l’autre extrémité. La fibre est ce tunnel en verre, et les éclairs représentent vos données. Aucune électricité ne circule dans le tunnel : les parasites électriques extérieurs ne peuvent donc pas perturber le message.

Testez votre compréhension du fonctionnement de la fibre.

Vous avez appris que la fibre transporte les données sous forme d’impulsions lumineuses à travers un cœur en verre entouré d’une gaine optique, en utilisant la réflexion interne totale pour confiner la lumière. Elle offre ainsi une largeur de bande élevée, une grande portée et une immunité aux interférences électromagnétiques. Des émetteurs-récepteurs tels que les modules SFP convertissent les signaux électriques en signaux lumineux, et inversement. La fibre coûte plus cher et est fragile ; elle nécessite des connecteurs propres, ainsi que le respect du rayon de courbure et des règles de protection des yeux. Elle alimente les ossatures Internet, les centres de données et les liaisons de campus.