LE FIBRE OTTICHE Dileo e Perrone

GUIDE D’ONDA Le onde elettromagnetiche di frequenza più elevata appartengono alla regione definita luce La luce può propagarsi solo se “guidata” all’interno delle fibre ottiche. Le onde con frequenza comprese nella banda SHF e EHF vengono fatte transitare in tubi di sezione rettangolare o circolare le cui dimensioni trasversali sono confrontabili con ¼ di lunghezza d’onda 2 tipi di onde trasversali : 1) TE(trasversali elettriche) 2) TM (trasversali magnetiche)

GUIDE D’ONDA (2) Le guide d’onda non consentono la trasmissione di onde con frequenza minore alla frequenza di taglio e costituiscono l’anello di congiunzione tra la propagazione in linea e in guida.

VANTAGGI DELLE FIBRE OTTICHE Immunità ai disturbi elettromagnetici esterni Isolamento tra trasmittore e ricevitore Attenuazione inferiore rispetto alle linee di trasmissione Grandi capacità di canali Basso peso e ridotto ingombro

OTTICA FISICA E GEOMETRICA La luce è un’onda elettromagnetica. Onda piana che si propaga in TEM. Per tenere conto della fase temporale bisogna considerare l’impedenza caratteristica. I punti che si trovano alla medesima fase temporale e che si stanno muovendo nello spazio sono detti fronti d’onda

OTTICA FISICA E GEOMETRICA(2) Se l’onda elettromagnetica si sta propagando nello spazio vuoto e incontra sul suo cammino un mezzo di diversa natura, all’impatto si generano un’onda trasmessa e un’onda di ritorno(o riflessa). Il campo magnetico subirà un’inversione di fase rispetto al campo incidente.

COEFFICIENTI Il coefficiente di riflessione tiene conto della variazione del modulo e della fase del campo riflesso rispetto al campo incidente Il coefficiente di trasmissione tiene conto della variazione di modulo e fase del campo trasmesso nel mezzo 2 rispetto al campo incidente Nei due mezzi sono diversi sia le impedenze caratteristiche che le costanti di fasi

ONDA RIFLESSA E TRASMESSA La velocità di propagazione dell’onda riflessa è uguale a quella dell’onda incidente. La velocità di propagazione dell’onda trasmessa è inversamente proporzionale alla radice quadrata della costante dielettrica relativa

RIFRAZIONE L’onda trasmessa viene detta onda rifratta e il meccanismo di trasmissione rifrazione. Con la diminuzione della velocità di propagazione si ha una diminuzione della lunghezza d’onda: i fronti d’onda tendono a raggrupparsi.

INDICE DI RIFRAZIONE l'indice di rifrazione di un materiale è una costante che quantifica la diminuzione della velocità di propagazione quando attraversa un altro materiale. Se il primo mezzo è l’aria, l’indice di rifrazione ottenuto viene detto assoluto La direzione di propagazione tende ad avvicinarsi alla perpendicolare alla superficie di separazione.

LEGGE DI SNELL La velocità di propagazione è inversamente proporzionale all’indice di rifrazione assoluto del materiale Esprime il legame di proporzionalità inversa tra i seni degli angoli coinvolti e gli indici di rifrazione dei due mezzi.

LEGGE DI SNELL (2) Noti gli indici di rifrazione dei due materiali è possibile, in caso di incidenza perpendicolare, valutare l’intensità dell’onda rifratta rispetto a quella incidente. Si possono avere situazioni in cui addirittura il coefficiente di riflessione del campo magnetico è nullo. Aumentando l’angolo di incidenza diminuisce la potenza trasmessa e cresce quella riflessa.

ANGOLO LIMITE Se si passa da un materiale con indice di rifrazione maggiore rispetto a un altro con indice minore, all’aumentare dell’angolo di incidenza non si ottiene più rifrazione ma solo riflessione. Esiste quindi un angolo limite che l’angolo di incidenza non può superare.

STRUTTURA DELLE FIBRE OTTICHE Una fibra ottica è costituita da Un nucleo vetroso o di quarzo(core) Un mantello esterno(cladding) che a causa del diverso indice di rifrazione rispetto al core, mantiene confinata la radiazione Strato protettivo che conferisce resistenza meccanica e protezione dagli agenti esterni.

PROPAGAZIONE NELLE FIBRE Per continue riflessioni il raggio di luce si propagherà nella fibra senza perdite. Dopo qualche riflessione si avrà la completa estinzione del raggio B. Per ottenere una buona propagazione lungo la fibra ottica è necessario che il raggio di luce sia di tipo guidato.

APERTURA NUMERICA Esprime la capacità di accettazione della fibra stessa: più essa è grande, più ampio risulta l’angolo solido del cono di accettazione. L’apertura numerica è legata all’angolo limite tra nucleo e mantello.

MODI POSSIBILI Se M=1 la fibra ottica si dice monomodale Non è vero che tutti gli angoli incidenti entro il limite di accettazione massimo possono diventare raggi guidati. La propagazione lungo la fibra può avvenire in un numero finito di modi Se M=1 la fibra ottica si dice monomodale Se M>1 la fibra ottica si dice multimodale

DISPERSIONE MODALE È la differenza di tempo di propagazione tra i due raggi limite. Per diminuire la dispersione modale è necessario diminuire la differenza tra gli indici di rifrazione del nucleo e del mantello, ma ciò comporta anche una diminuzione dell’apertura numerica(NA) e di conseguenza anche una riduzione dei modi di propagazione della fibra ottica La scelta degli indici di rifrazione del nucleo e del mantello deve allora essere un giusto compromesso.

DISPERSIONE MODALE (2)

DISPERSIONE CROMATICA L’indice di rifrazione di un materiale dipende dalla frequenza della radiazione luminosa che lo sta investendo. Il fenomeno è noto come dispersione cromatica e si manifesta in una fibra ottica con un ulteriore dilatazione del tempo e dell’impulzo.

BANDA PASSANTE Intervalli di frequenza trasmesse su un’onda senza avere attenuazione del segnale. Esiste una banda passante sia per la dispersione modale che cromatica e una banda passante effettiva