Fibre Ottiche Classe V Tele a. s Fibre Ottiche Classe V Tele a.s.2013/2014 Giuseppe La Marca ITIS Pininfarina Moncalieri TO

La Radiazione Elettromagnetica visibile La velocità della luce è data dal prodotto della lunghezza d'onda per la frequenza 𝑐=λ⋅𝑓 La lunghezza d'onda è lo spazio percorso dalla radiazione luminosa in un periodo. λ La velocità della luce dipende dal mezzo in cui si propaga, ma in ogni caso non può superare il valore di 300.000 Km/s. 𝑛𝑒𝑙𝑣𝑢𝑜𝑡𝑜𝑐=300⋅ 10 6 𝑚 𝑠

Indice di rifrazione L'indice di rifrazione di un mezzo è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nel mezzo. 𝑛 1 = 𝑐 𝑣𝑢𝑜𝑡𝑜 𝑐 1

La legge di Snell Quando un raggio luminoso incide su di una superficie di separazione tra due mezzi di indici di rifrazione diversi una parte della potenza viene riflessa e una parte viene rifratta L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione La relazione tra l'angolo di incidenza e l'angolo di rifrazione è data dalla legge di Snell

La fibra ottica è un mezzo trasmissivo all'interno del quale si propaga un raggio luminoso che trasporta l'informazione. Ha la struttura fisica di un sottile filo di vetro flessibile costituito, fondamentalmente da due elementi: core e cladding aventi due indici di rifrazione leggermente diversi.

La dimensione esterna è 0,25 mm Il diametro del cladding è 0,125mm Il diametro del core non supera i 0,05mm

Riflessione totale L'angolo limite è l'angolo di incidenza in corrispondenza al quale l'angolo del raggio rifratto è pari a novanta gradi. Per angoli di incidenza superiori all'angolo limite si verifica il fenomeno della riflessione totale, cioè tutta la potenza del segnale luminoso si propaga all'interno della fibra per riflessioni successive. 𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑒 ⋅sin θ 𝑖𝑛𝑐 = 𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑑 ⋅sin θ 𝑟𝑖𝑓𝑟 𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑒 ⋅sin θ 𝑙 = 𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑑 sin θ 𝑙 = 𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑑 𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑒

Angolo di accettazione L'angolo di accettazione è l'angolo di immissione del raggio laser corrispondente all'angolo limite di incidenza. Perchè si abbia la riflessione totale l'angolo d'immissione deve essere minore o uguale all'ngolo di accettazione. θ 𝑎 Apertura numerica è il seno dell'angolo di accettazione 𝑁𝐴=sin θ 𝑎 = 𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑒 2 − 𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑑 2

Modi di propagazione La soluzione dell'equazione di propagazione delle onde mostra che all'interno della fibra i raggi possono propagarsi seguendo dei cammini prestabiliti che si chiamano "Modi di Propagazione"

Fibre monomodali Frequenza normalizzata della fibra: 𝑉= π𝑑 λ 𝑜 𝑁𝐴 Se il raggio luminoso può propagarsi solo lungo l'asse della fibra senza nessuna riflessione. In questo caso la fibra si dice Monomodale In pratica una fibra è monomodale se il diametro del core è inferiore ai 10 micron 𝑉<2,405

Fibre multimodali Se all'interno della fibra possono propagarsi diveri modi contemporaneamente 𝑉>2,405 In questo caso la fibra si dice Multimodale In pratica una fibra è multimodale se il diametro del core è non inferiore ai 50 micron

Esistono due tipi di fibre multimodali: - Step index - Graded index Step index: l'indice di rifrazione è costante nel core e varia bruscamente quando si passa nel cladding Numero dei modi che si possono propagare: 𝑁 𝑚 = 𝑉 2 2 Graded index: l'indice di rifrazione varia nel core con andamento parabolico fino al valore che ha nel cladding Numero dei modi che si possono propagare: 𝑁 𝑚 = 𝑉 2 4

Dispersione modale Un impulso luminoso immesso nella fibra ottica è costituito da tanti raggi che si propagano seguendo percorsi diversi. I raggi che erano partiti contemporaneamente percorrono distanze diverse e arrivano in tempi diversi. Per questo motivo l'impulso ricevuto è deformato rispetto all'impulso trasmesso.

Dispersione modale

COEFFICIENTE DI DISPERSIONE MODALE Un impulso trasmesso in un collegamento in fibra ottica subisce un allargamento che dipende: 1) Dalla lunghezza L del collegamento 2) Dalle caratteristiche fisiche della fibra COEFFICIENTE DI DISPERSIONE MODALE 𝐷 𝑚 = Δ τ 𝑚 𝐿 = 𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑐 𝑜 𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑑 𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑒 − 𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑑 𝑠 𝑚

Dispersione cromatica La radiazione luminosa immessa nella fibra non è perfettamente monocromatica Cioè è composta da onde di lunghezza d'onda leggermente diverse tra loro Il valore dell'indice di rifrazione dipende dalla lunghezza d'onda. Per questo motivo le onde che compongono l'impulso luminoso avranno tempi di arrivo diversi Questo fenomeno produce un allargamento dell'impulso luminoso che però è molto inferiore a quello prodotto dalla dispersione modale.

Banda passante La dispersione modale limita la banda passante della fibra ottica in quanto se la frequenza degli impulsi è troppo elevata in uscita possono sovrapporsi a causa dell'allargamento 𝐵= 0,44 Δτ