FIBRE OTTICHE

Quando? Anni ‘70

Cosa sono? Sottilissimi fili di vetro realizzati in modo da poter condurre al loro interno la luce

Perché? ‑ peso ed ingombro ridotti; ‑ resistenza alle situazioni ambientali difficili; ‑ immunità da disturbi elettromagnetici esterni; ‑ isolamento elettrico fra trasmettitore e ricevitore; ‑ installazione veloce nei condotti già esistenti; ‑ bassi valori di attenuazione ; ‑ costante rapporto di attenuazione e frequenza; ‑ larga banda di frequenza ; ‑ elevato numero di canali di comunicazione su unica fibra; - alta qualità di segnale; - lungo passo di ripetizione; - ecc.

Principi di ottica Riflessione α = angolo di incidenza β = angolo di riflessione γ = angolo di rifrazione

Legge di Snell: il raggio di luce viene rifratto in un certo modo che dipende dalla costituzione del mezzo se un raggio luminoso si propaga da una sostanza meno densa ad una sostanza più densa  α > γ se un raggio luminoso si propaga da una sostanza più densa ad una sostanza meno densa  α < γ

Caso particolare: riflessione totale Per angoli di incidenza superiori all'angolo limite la luce non esce più dal vetro, ma si riflette interamente nel vetro

Struttura delle fibre ottiche

Tipologie di fibre ottiche Fibre con indice a gradino Fibre con indice di rifrazione graduale

Realizzazione tecnologica Due tipi di materiali: Vetri a molti componenti attenuazione elevata Silice drogata perdite molto basse attenuazione < 4 dB/km

Procedimenti costruttivi Metodo del doppio crogiolo Metodo della preforma

Metodo del doppio crogiolo Sono 2 contenitori cilindrici terminanti con un ugello All’interno c’è il materiale del core All’esterno c’è il materiale del cladding Materiali preparati separatamente Doppio crogiolo fatto di materiale non contaminante Presenza di agitatori Doppio crogiolo posto in fornace a 1400 °C Dimensioni fibre dipendenti dalla velocità della bobina

Metodo della preforma Metodo più complesso, ma più preciso Realizza la fibra a partire da una struttura cilindrica che riproduce la fibra stessa con diametro di alcuni mm Realizzabile con le seguenti tecniche: IVPO: processo di ossidazione interna in fase di vapore OVPO: processo di ossidazione esterna in fase di vapore

IVPO (Internal Vapour Phase Oxidation)

OVPO (Outside Vapour Phase Oxidation)

Trasmissione in fibra ottica

Propagazione della luce

Parametri della propagazione - Apertura numerica - Dispersione modale - Dispersione cromatica - Banda passante

Apertura Numerica (N.A.) L'apertura numerica permette di stabilire i limiti angolari entro i quali la luce può essere totalmente riflessa all'interno della fibra. In altri termini indica la larghezza del fascio della luce che la fibra può captare

Dispersione modale Degradazione della forma dell’impulso tanto maggiore quanto più lunga è la fibra

Dispersione cromatica Principi di ottica - Per ogni colore diverso, indice di rifrazione diverso - Per ogni lunghezza d’onda, velocità di propagazione nel mezzo diversa I raggi luminosi , emessi contemporaneamente all'origine della fibra ottica , giungono all'altra estremità in tempi diversi

Il risultato della dispersione cromatica è ancora la restituzione di un impulso allargato e più basso rispetto all'impulso di origine, e dipende : dalla larghezza spettrale della sorgente dal tempo di propagazione delle componenti cromatiche Soluzione per ridurre la dispersione cromatica è l’utilizzo di sorgenti monocromatiche (laser)

Banda passante La banda passante della fibra ottica dipende in particolare: - dalla dispersione modale - dalla dispersione cromatica che provocano un allargamento del tempo dell’impulso luminoso

Meridionali modi di basso ordine modi di alto ordine Obliqui Modi di propagazione Meridionali modi di basso ordine modi di alto ordine Obliqui

Distinguiamo quindi: Fibre multimodali (MMF) Fibre monomodali (SMF)

Spettro elettromagnetico I sistemi ottici di telecomunicazione impiegano frequenze con lunghezze d’onda appartenenti al vicino infrarosso  La larghezza di banda del segnale accoppiato in fibra può essere molto grande vanno tuttavia considerati: il fenomeno della dispersione il coefficiente di attenuazione della fibra affinché i raggi si propaghino senza perdere eccessiva potenza e non subiscano distorsioni.

Finestre di trasmissione Intervalli di lunghezza d’onda λ entro i quali si hanno i minimi di attenuazione nel trasferimento del segnale

Assorbimento del materiale Scattering del materiale Curvature Attenuazione Assorbimento del materiale Scattering del materiale Curvature

Svantaggi Costi di installazione Accessori costosi Connessione tra fibre ottiche Problemi di standardizzazione Costosa realizzazione costruttiva Strumenti di prova costosissimi Tecnologia in rapida evoluzione, con componenti base ancora in fase di sviluppo