Publié par : Département de recherche et développement, Technologie Optic.ca Inc., décembre 2025

Introduction

L'affaiblissement de retour optique (ORL) en fibre optique désigne la quantité de lumière réfléchie vers la source dans une liaison fibre optique. Il s'agit essentiellement d'une mesure de la perte de lumière « en retour » due aux réflexions et à la diffusion dans la fibre. L'ORL est généralement exprimé en décibels (dB) et sa valeur est positive ; plus l'ORL est élevé (en dB), plus la puissance réfléchie est faible (ce qui est souhaitable pour de bonnes performances). Concrètement, un ORL élevé signifie que très peu de lumière est réfléchie, tandis qu'un ORL faible (proche de 0 dB) signifie qu'une quantité importante de lumière retourne à l'émetteur.

Il est important de distinguer l'ORL des autres paramètres de perte de la fibre optique. L'affaiblissement d'insertion (IL) correspond à la perte de puissance du signal transmis lors de la propagation de la lumière dans la fibre (atténuation), tandis que l'affaiblissement de retour (RL) concerne spécifiquement la lumière réfléchie. L'ORL est parfois utilisé comme synonyme d'« affaiblissement de retour » pour décrire les performances globales d'une liaison, tandis que la « réflectance » fait généralement référence à la réflexion d'un élément individuel (tel qu'une interface de connecteur). Par convention, la réflectance d'un élément est exprimée en dB négatifs (par exemple, un connecteur peut avoir une réflectance de -40 dB), tandis que l'ORL d'une liaison fibre optique complète est exprimée en dB positifs (par exemple, ORL = 40 dB). Ces deux valeurs décrivent le même rapport de puissances, mais avec des conventions de signe opposées. En d'autres termes, un connecteur avec une réflectance de -40 dB contribue à hauteur de 40 dB à l'ORL de la liaison.

Pourquoi l'ORL est-elle importante ? Une réflexion excessive dans les systèmes à fibres optiques peut engendrer de nombreux problèmes :

• La lumière réfléchie peut déstabiliser les émetteurs laser, provoquant du bruit d'intensité, des sauts de mode ou des décalages de fréquence.
• Dans les systèmes optiques analogiques (comme la télévision par câble ou la radio sur fibre optique), les réflexions provoquent des interférences de signal, des distorsions et un niveau de bruit plus élevé.
• Dans les systèmes numériques à haute vitesse, les réflexions peuvent augmenter le taux d'erreur binaire (TEB) en perturbant la modulation laser et en réduisant le rapport signal/bruit.
• Les amplificateurs optiques et les photodétecteurs sensibles peuvent également être affectés par les réflexions arrière, ce qui peut entraîner des fluctuations de gain ou une diaphonie entre les canaux dans les systèmes DWDM.

Les réseaux de fibre optique modernes fonctionnent avec des lasers à raie spectrale étroite, des vitesses de modulation élevées (par exemple, la modulation PAM4) et parfois des niveaux de puissance optique très élevés. Ces facteurs les rendent extrêmement sensibles à l'ORL (affaiblissement de retour optique). Par exemple, les normes actuelles spécifient souvent des exigences minimales d'affaiblissement de retour pour les connecteurs : ≥ 50 dB pour les liaisons Ethernet monomodes, ≥ 60–65 dB pour les réseaux DWDM ou les réseaux optiques passifs (PON), et des exigences encore plus strictes (65–70 dB) pour les liaisons CATV analogiques. Garantir un bon ORL est donc essentiel pour assurer des performances stables et sans erreur dans les réseaux de télécommunications et de données actuels.

Principes fondamentaux de l'ORL et de la réflectance

L'affaiblissement de retour optique est défini par le rapport entre la puissance incidente injectée dans la fibre (Pin) et la puissance totale réfléchie retournant à la source (Pref). Sous forme de formule :

La valeur ORL est généralement exprimée en décibels (dB). Par exemple, si 0,001 % de la puissance est réfléchie, Pref/Pin = 0,00001 et ORL = 10 log₁₀(100 000) = 50 dB. Plus la valeur ORL est élevée, plus la fraction réfléchie est faible. Dans le même exemple, on pourrait aussi dire que la réflectance de cet événement est de –50 dB (le signe négatif indiquant une très faible fraction réfléchie).

La réflectance d'une interface (comme un connecteur ou une extrémité de fibre ouverte) correspond à la fraction de la puissance optique réfléchie à cette interface, comme illustré sur la figure 1. Elle peut être calculée à l'aide des équations de Fresnel. Pour une interface simple verre-air (comme une extrémité de fibre clivée sans connecteur), la réflectance R est donnée par la formule de Fresnel :

Où n₁ est l'indice de réfraction du cœur de la fibre (≈ 1,46 pour la silice à 1550 nm) et n₂ l'indice du milieu après l'interface (≈ 1,00 pour l'air). En remplaçant ces valeurs : R ≈ 0,035. En dB, cela correspond à une réflectance d'environ -14 dB. Cela signifie qu'une extrémité de fibre clivée à plat réfléchit environ 3,5 % de la lumière incidente, ce qui est relativement élevé. Une réflexion aussi importante correspond à une perte de réflexion optique (ORL) de seulement 14 dB, indiquant une très faible perte de retour (une grande quantité de lumière est réfléchie).

En pratique, les connecteurs et les épissures sont conçus pour réduire la réflectance :

• Les connecteurs à contact physique (PC) pressent les extrémités de la fibre l'une contre l'autre avec un léger polissage convexe, éliminant ainsi l'espace d'air et réduisant la réflexion de Fresnel. Une bonne connexion PC/UPC monomode présente généralement une réflectance de l'ordre de -40 à -55 dB (ce qui signifie que seulement 0,0001 % à 0,0003 % de la lumière est réfléchie).
• Les connecteurs Ultra PC (UPC) bénéficient d'un polissage encore plus fin pour une surface d'extrémité extrêmement lisse. Ils peuvent atteindre une réflectance d'environ -50 dB, voire moins. L'UPC est couramment utilisé dans les systèmes numériques tolérant une certaine réflexion.
• Les connecteurs APC (Angled Physical Contact) possèdent une extrémité de fibre polie à un angle de 8°. Cet angle dévie la lumière réfléchie hors du cœur de la fibre et vers la gaine. Les connecteurs APC atteignent une réflectance de -60 à -70 dB, voire meilleure (soit une réflexion inférieure ou égale à 0,0001 %). Autrement dit, un connecteur APC peut contribuer à hauteur de ≥ 60 dB à l'ORL (réflectance optique de la liaison), ce qui est excellent. Les connecteurs APC sont généralement de couleur verte et sont utilisés dans les systèmes extrêmement sensibles aux réflexions (comme les liaisons CATV, DWDM et PON).

Il est important de noter que l'ORL d'une liaison entièrement en fibre optique inclut toutes les sources de réflexion arrière, qui sont principalement :

1. Les réflexions de Fresnel proviennent d'événements ponctuels, tels que les interfaces de connecteurs, les épissures mécaniques, les extrémités de fibres ouvertes ou les fissures. Chaque événement de ce type génère un pic de puissance réfléchie.
2. La rétrodiffusion Rayleigh de la fibre elle-même est une diffusion continue et de faible intensité de la lumière qui se produit lors de sa propagation dans la fibre, en raison des variations microscopiques de l'indice de réfraction du verre. Elle se traduit par un faible courant de fond de lumière réfléchie sur toute la longueur de la fibre.

ORL en réflectométrie optique temporelle (OTDR)

En réflectométrie optique temporelle (OTDR), la réflectance et l'affaiblissement de retour optique (ORL) sont des grandeurs liées mais distinctes, définies selon la distribution de la puissance optique réfléchie le long de la fibre optique. Lors d'une mesure OTDR, la réflectance correspond à la réflexion d'un événement discret, tel qu'une interface de connecteur, une épissure mécanique ou une extrémité de fibre ouverte. Elle est mesurée par rapport au niveau local de rétrodiffusion Rayleigh et référencée à l'impulsion optique injectée. La réflectance est exprimée en décibels (dB) et est négative pour tous les événements optiques passifs. Les valeurs proches de 0 dB indiquent des réflexions plus fortes et donc des interfaces optiques de plus mauvaise qualité.

Pour une liaison fibre optique complète, l'ORL est défini comme suit :

Pour un événement discret unique i, la fraction de réflectance linéaire est :

Un réflectomètre optique (OTDR) mesure la puissance optique réfléchie en fonction de la distance et intègre toutes les contributions renvoyées dans la fenêtre de mesure. Conceptuellement :

Il convient de noter que même lorsque les réflectances individuelles des événements sont faibles, la rétrodiffusion Rayleigh cumulative sur de longues portées de fibre peut affecter considérablement l'ORL totale de la liaison.

Limites de mesure en OTDR :

• La réflectance maximale mesurable est limitée par la saturation du récepteur (sommet du signal). Si un pic de signal écrête ou sature le récepteur, les valeurs de réflectance et d'ORL peuvent être inexactes.
• La réflectance minimale mesurable est limitée par le bruit de fond (bas de la courbe). Lorsque le niveau de rétrodiffusion approche ce bruit de fond, de faibles réflexions peuvent être masquées.
• Une capture de trace incomplète peut également conduire à des valeurs ORL incorrectes si la longueur totale de la fibre n'est pas incluse en raison d'une plage dynamique insuffisante ou d'une fenêtre de mesure d'extrémité de fibre inappropriée.

Rétrodiffusion théorique de Rayleigh

La rétrodiffusion Rayleigh est distribuée (générée tout au long de la fibre), sa contribution à la puissance réfléchie augmente donc avec la longueur, mais est réduite par l'atténuation aller-retour. Un modèle d'ingénierie pratique utilise un coefficient de rétrodiffusion Rayleigh par unité de longueur (linéaire, 1/m). Un petit segment contribue à une fraction de la puissance réfléchie :

où est le coefficient d'atténuation de la fibre en dB/km (avec exprimé dans des unités cohérentes), et le facteur 2 tient compte des pertes de propagation aller-retour.

En intégrant le long de la fibre de à la longueur , la fraction totale rétrodiffusée par Rayleigh est :

Cette expression montre que la rétrodiffusion Rayleigh augmente initialement avec la longueur de la fibre, puis tend vers une valeur de saturation déterminée par le coefficient d'atténuation.

Vous trouverez ci-dessous les coefficients de rétrodiffusion approximatifs couramment utilisés pour la fibre multimode standard (MMF) et la fibre monomode (SMF) aux longueurs d'onde typiques des télécommunications, tels que rapportés dans les mesures OTDR.

La formulation théorique de la rétrodiffusion Rayleigh fournit un cadre quantitatif pour l'interprétation des courbes OTDR. En modélisant la rétrodiffusion distribuée à l'aide d'un coefficient par unité de longueur et en tenant compte de l'atténuation aller-retour, il devient possible de prédire le niveau de base de la puissance réfléchie attendu d'une fibre idéale de longueur et d'atténuation données. En pratique, la courbe de rétrodiffusion OTDR suit fidèlement ce comportement théorique, tandis que les réflexions de Fresnel discrètes apparaissent sous forme de pics localisés au-dessus du niveau de base de Rayleigh. La comparaison des données OTDR mesurées avec la contribution théorique de Rayleigh permet aux ingénieurs de distinguer le comportement normal de la fibre des réflexions anormales, des pertes excessives ou des défauts, et d'évaluer si le niveau de réflexion optique (ORL) observé est principalement dû à la diffusion distribuée ou à des événements de réflexion discrets.

Conclusion

L'affaiblissement de retour optique (ORL) est un paramètre de performance clé des liaisons par fibre optique, car il quantifie la puissance optique totale réfléchie vers la source, due à la fois aux réflexions de Fresnel discrètes et à la rétrodiffusion Rayleigh diffuse. Lors d'une mesure OTDR, l'ORL résulte de l'intégration de la rétrodiffusion Rayleigh de base et des réflexions localisées provenant des connecteurs, des épissures et des extrémités de fibre. Même lorsque les réflectances individuelles sont faibles, la contribution cumulée de la rétrodiffusion Rayleigh sur de longues distances de fibre peut influencer significativement l'ORL global.

Les interfaces de connecteurs classiques présentent des niveaux de réflectance bien définis : les connecteurs monomodes PC/UPC offrent généralement une perte de retour ≥ 45–50 dB, tandis que les connecteurs APC atteignent ≥ 60–70 dB en redirigeant la lumière réfléchie hors du cœur de la fibre. Les épissures par fusion présentent généralement une réflectance tout aussi faible (≤ −60 dB). Par conséquent, le choix du connecteur et la qualité de la terminaison jouent un rôle prépondérant dans la maîtrise de la perte de retour optique (ORL), notamment dans les systèmes optiques analogiques, DWDM, PON et haute puissance, qui sont très sensibles aux réflexions parasites.

Pour une réduction efficace des pertes optiques résiduelles (ORL), il est nécessaire de minimiser les réflexions ponctuelles et de gérer la rétrodiffusion. Ceci est réalisé grâce à l'utilisation de connecteurs APC lorsque cela est requis, à un soudage par fusion de haute qualité, à un nettoyage et une inspection rigoureux des connecteurs, à l'élimination des extrémités de fibre dénudées et à des paramètres de mesure OTDR appropriés afin d'éviter la saturation ou les erreurs de bruit de fond. Ensemble, une sélection rigoureuse des composants et une analyse précise basée sur l'OTDR permettent un contrôle fiable des ORL et un fonctionnement stable des réseaux de fibre optique modernes.