Fibre optique vs câble coaxial | Différences de type de signal structure et application

Les fibres optiques et les câbles coaxiaux sont tous deux des types de médias de transmission guidés. Cependant, plusieurs facteurs clés les distinguent. La différence la plus fondamentale réside dans le type de signal qu'ils transmettent : les fibres optiques sont conçues pour transporter des signaux optiques (lumière), tandis que les câbles coaxiaux sont utilisés pour transmettre des signaux électriques.

Définition de la fibre optique

Les fibres optiques sont des guides d'ondes flexibles et transparents utilisés pour transmettre des signaux lumineux d'une extrémité à l'autre avec une perte minimale. Elles sont principalement fabriquées en verre de haute pureté (généralement du silice) ou parfois en plastique, et se composent d'une structure de cœur et de gaine.

Le cœur est la région centrale et interne faite de silice ultra-pure, à travers laquelle la lumière se propage. Il est entouré d'une couche appelée gaine, qui est également faite de verre mais avec un indice de réfraction inférieur à celui du cœur. Cette différence d'indice de réfraction permet la réflexion totale interne, permettant à la lumière de parcourir de longues distances avec une atténuation faible.

Pour protéger la structure fragile en verre des dommages physiques, de l'humidité et des contraintes environnementales, l'ensemble de la fibre est enfermé dans une couche protectrice externe connue sous le nom de revêtement tampon ou gaine en plastique.

La figure ci-dessous illustre la structure schématique d'une fibre optique :

Un signal optique est transmis à travers une fibre optique via le principe de la réflexion totale interne (RTI). Lorsque la lumière est introduite dans la fibre, elle se propage à travers le cœur en subissant des réflexions successives à l'interface entre le cœur et la gaine.

Pour que la réflexion totale interne se produise, l'indice de réfraction du cœur doit être supérieur à celui de la gaine. Cette différence d'indice est essentielle pour guider efficacement la lumière le long de la fibre avec une perte minimale.

Selon le principe de la RTI, lorsque un rayon lumineux voyageant dans un milieu plus dense (le cœur) frappe la limite avec un milieu moins dense (la gaine) à un angle supérieur à l'angle critique, le rayon est complètement réfléchi vers l'intérieur du milieu plus dense, au lieu d'être réfracté à l'extérieur. Ce phénomène permet de confiner la lumière à l'intérieur du cœur.

Lorsqu'un rayon lumineux pénètre dans le cœur, il se déplace jusqu'à ce qu'il atteigne la limite cœur-gaine. En raison de la différence d'indices de réfraction, et si l'angle d'incidence dépasse l'angle critique, le rayon est réfléchi vers l'intérieur du cœur au lieu de passer dans la gaine. Ce processus se répète continuellement le long de la longueur de la fibre, permettant au signal lumineux de zigzaguer à travers le cœur et de voyager d'une extrémité de la fibre à l'autre avec une grande efficacité et une faible atténuation.

Ainsi, la réflexion totale interne est le mécanisme fondamental qui permet la communication optique à longue distance et à haut débit à travers les fibres optiques.

Définition du câble coaxial

Les câbles coaxiaux, couramment appelés "coax", sont un type de média de transmission guidé utilisé pour transporter des signaux électriques sur une distance. Ils sont construits comme des conducteurs électriques qui permettent le flux d'électrons, généralement fabriqués avec un noyau central en cuivre en raison de sa excellente conductivité.

Un câble coaxial se compose de plusieurs couches : un conducteur central en cuivre (solide ou tressé), entouré d'une couche isolante diélectrique, qui est ensuite enveloppé par une gaine conductrice cylindrique - généralement en cuivre tressé ou en aluminium. Cette structure stratifiée est encore protégée par une gaine isolante extérieure qui fournit une résistance mécanique et une protection contre l'environnement.

Le terme "coaxial" provient du fait que le conducteur interne et la gaine extérieure partagent le même axe géométrique. Cette conception aide à minimiser les interférences électromagnétiques (EMI) et la perte de signal, rendant les câbles coaxiaux adaptés à la transmission de signaux à haute fréquence avec une bonne intégrité.

La figure ci-dessous illustre un câble coaxial utilisé pour la transmission de signaux électriques :

Fibre optique :

Les fibres optiques sont utilisées pour transmettre des signaux à des fréquences optiques (lumière). En raison de leur large bande passante, de leur immunité aux interférences électromagnétiques et de leur faible atténuation de signal, elles sont largement employées dans la télévision haute définition (HDTV), les réseaux de télécommunications, les centres de données, l'imagerie médicale et les systèmes chirurgicaux (comme l'endoscopie), ainsi que dans les applications aérospatiales.

Câble coaxial :

Les câbles coaxiaux sont principalement utilisés pour transmettre des signaux de fréquence radio (RF). On les trouve couramment dans les systèmes de distribution de télévision par câble (CATV), les connexions Internet à large bande (par exemple, les modems câblés), les réseaux téléphoniques et divers systèmes de communication radio, y compris les alimentations d'antennes et les équipements de réseau.

Conclusion

Les fibres optiques et les câbles coaxiaux servent tous deux de médias de transmission guidés essentiels, mais ils diffèrent fondamentalement par le type de signal qu'ils transportent - les fibres optiques transmettent des signaux lumineux, tandis que les câbles coaxiaux transportent des signaux électriques. Ces différences conduisent à des caractéristiques de performance distinctes, rendant chacun adapté à des applications spécifiques. Par conséquent, ils sont utilisés dans des rôles complémentaires plutôt que interchangeables dans les systèmes modernes de communication et électroniques.