Introduzione alle fibre ottiche Sommario Caratteristiche generali Richiami di ottica Struttura e realizzazione tecnologica Apertura numerica Esercizio di chiarimento

Introduzione alle fibre ottiche Sommario Caratteristiche generali Richiami di ottica Struttura e realizzazione tecnologica Apertura numerica Esercizio di chiarimento

In pratica sono delle guide d'onda per trasmettere le onde luminose Caratteristiche generali Sottilissimi fili di materiale vetroso o di nylon, dal diametro di alcuni micron Presentano un'attenuazione chilometrica di 0,2 dB Utilizzano come onde elettromagnetiche la luce In pratica sono delle guide d'onda per trasmettere le onde luminose

In pratica sono delle guide d'onda per trasmettere le onde luminose Sottilissimi fili di materiale vetroso o di nylon, dal diametro di alcuni micron Caratteristiche generali Presentano un'attenuazione chilometrica di 0,2 dB Utilizzano come onde elettromagnetiche la luce In pratica sono delle guide d'onda per trasmettere le onde luminose

Vantaggi resistenza a situazioni ambientali difficili; peso ed ingombro ridotti; resistenza a situazioni ambientali difficili; immunità da disturbi elettromagnetici esterni; isolamento elettrico fra trasmettitore e ricevitore; installazione con i cavi di energia; installazione veloce nei condotti già esistenti; assenza di diafonia; bassi valori di attenuazione (0,22,4 dB/km per fibre in silice); costante rapporto di attenuazione e frequenza; larga banda di frequenza (0,410 GHz.km); elevato numero di canali di comunicazione su unica fibra; costo limitato per Mbit trasmesso; alta qualità di segnale; riduzione del numero di errori; lungo passo di ripetizione; assenza di equalizzazione

Vantaggi resistenza a situazioni ambientali difficili; peso ed ingombro ridotti; resistenza a situazioni ambientali difficili; immunità da disturbi elettromagnetici esterni; isolamento elettrico fra trasmettitore e ricevitore; installazione con i cavi di energia; installazione veloce nei condotti già esistenti; assenza di diafonia; bassi valori di attenuazione (0,22,4 dB/km per fibre in silice); costante rapporto di attenuazione e frequenza; larga banda di frequenza (0,410 GHz.km); elevato numero di canali di comunicazione su unica fibra; costo limitato per Mbit trasmesso; alta qualità di segnale; riduzione del numero di errori; lungo passo di ripetizione; assenza di equalizzazione

Svantaggi tecnologia in rapida evoluzione; costosa realizzazione costruttiva; difficoltà di connessione tra fibre ottiche; accessori costosi; problemi di standardizzazione; strumenti di prova costosissimi.

Svantaggi tecnologia in rapida evoluzione; costosa realizzazione costruttiva; difficoltà di connessione tra fibre ottiche; accessori costosi; problemi di standardizzazione; strumenti di prova costosissimi.

Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Richiami di ottica Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Un raggio luminoso (raggio incidente) che colpisce la superficie di separazione di due mezzi si divide in due parti: - un raggio riflesso, che continua a propagarsi nel primo mezzo; - un raggio rifratto, che si propaga nel secondo mezzo.

Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Richiami di ottica Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Un raggio luminoso (raggio incidente) che colpisce la superficie di separazione di due mezzi si divide in due parti: - un raggio riflesso, che continua a propagarsi nel primo mezzo; - un raggio rifratto, che si propaga nel secondo mezzo.

Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Considerando la normale N alla superficie di separazione gli angoli che i raggi formano sono detti: - angolo di incidenza (a) - angolo di riflessione (b) - angolo di rifrazione (g)

Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Considerando la normale N alla superficie di separazione gli angoli che i raggi formano sono detti: Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro - angolo di incidenza (a) - angolo di rifrazione (g) - angolo di riflessione (b)

Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Tra gli angoli che i raggi formano esistono le seguenti relazioni sperimentali: legge di riflessione b = a legge di rifrazione (di Snell) dove n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei due mezzi

Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro Tra gli angoli che i raggi formano esistono le seguenti relazioni sperimentali: Propagazione di un raggio luminoso da un mezzo ad un altro legge di riflessione b = a legge di rifrazione (di Snell) dove n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei due mezzi

Rifrazione di un raggio da un mezzo meno denso ad uno più denso

Rifrazione di un raggio da un mezzo più denso ad uno meno denso

Angolo di incidenza limite Nella propagazione di un raggio da un mezzo più denso ad uno meno denso esiste un valore di a per il quale l’angolo di rifrazione vale 90° Questo angolo è detto angolo di incidenza limite alim Quando a > alim si ha la riflessione totale del raggio incidente

Angolo di incidenza limite Nella propagazione di un raggio da un mezzo più denso ad uno meno denso esiste un valore di a per il quale l’angolo di rifrazione vale 90° Questo angolo è detto angolo di incidenza limite alim Quando a > alim si ha la riflessione totale del raggio incidente Angolo di incidenza limite

Struttura delle fibre ottiche - Il nucleo (core) - (50 80 mm) Tre strati: - Il mantello (cladding) - Il rivestimento primario protettivo (buffer)

Struttura delle fibre ottiche Tre strati: - Il nucleo (core) - (50 80 mm) - Il mantello (cladding) - Il rivestimento primario protettivo (buffer)

Realizzazione delle fibre ottiche Attualmente vengono usati due tipi di materiali: Vetri a molti componenti Silice drogata Le tecniche di realizzazione sono molto sofisticate Il metodo attualmente più utilizzato è il metodo della preforma La preforma si realizza attraverso due procedimenti: IVPO – con processo di ossidazione interna in fase di vapore OVPO – senza il processo di ossidazione interna in fase di vapore

Realizzazione delle fibre ottiche Attualmente vengono usati due tipi di materiali: Vetri a molti componenti Silice drogata Le tecniche di realizzazione sono molto sofisticate Il metodo attualmente più utilizzato è il metodo della preforma La preforma si realizza attraverso due procedimenti: IVPO – con processo di ossidazione interna in fase di vapore OVPO – senza il processo di ossidazione interna in fase di vapore

Propagazione della luce nelle fibre ottiche La propagazione della luce avviene nel core sfruttando il fenomeno della riflessione totale L’indice di rifrazione del core è maggiore di quello del cladding per evitare la rifrazione sul cladding Condizioni fondamentali per il funzionamento sono, dunque: Indice di rifrazione core > Indice di rifrazione cladding ncore > ncladding Angolo di incidenza > Angolo limite a > alim

Propagazione della luce nelle fibre ottiche La propagazione della luce avviene nel core sfruttando il fenomeno della riflessione totale L’indice di rifrazione del core è maggiore di quello del cladding per evitare la rifrazione sul cladding Propagazione della luce nelle fibre ottiche Condizioni fondamentali per il funzionamento sono, dunque: Indice di rifrazione core > Indice di rifrazione cladding ncore > ncladding Angolo di incidenza > Angolo limite a > alim

Angolo di accettazione Apertura numerica Angolo di accettazione Il raggio deve entrare nella fibra con un angolo ge tale che risulti a > alim In corrispondenza di alim il raggio rifratto nella fibra forma un angolo di 90° L’angolo ge è quindi il massimo angolo di ingresso possibile e viene chiamato angolo di accettazione

Angolo di accettazione Apertura numerica Il raggio deve entrare nella fibra con un angolo ge tale che risulti a > alim In corrispondenza di alim il raggio rifratto nella fibra forma un angolo di 90° L’angolo ge è quindi il massimo angolo di ingresso possibile e viene chiamato angolo di accettazione Angolo di accettazione

Apertura numerica I raggi devono entrare nella fibra all’interno del cono di accettazione, formato dai due angoli ge Si definisce apertura numerica la quantità: N.A. = sen ge L’apertura numerica permette di stabilire i limiti angolari entro i quali la propagazione della luce avviene in modo guidato, cioè è totalmente riflessa nella fibra

Apertura numerica I raggi devono entrare nella fibra all’interno del cono di accettazione, formato dai due angoli ge Si definisce apertura numerica la quantità: N.A. = sen ge L’apertura numerica permette di stabilire i limiti angolari entro i quali la propagazione della luce avviene in modo guidato, cioè è totalmente riflessa nella fibra

ncore = 1,48 ncladding = 1,46 Esercizio Determinare l’apertura numerica e l’angolo di accettazione di una fibra ottica sapendo che i valori degli indici di rifrazione sono: ncore = 1,48 ncladding = 1,46

ncore = 1,48 ncladding = 1,46 Esercizio Determinare l’apertura numerica e l’angolo di accettazione di una fibra ottica sapendo che i valori degli indici di rifrazione sono: ncore = 1,48 ncladding = 1,46

Soluzione Applicando la legge di Snell all’angolo limite si ha: Per definizione all’angolo limite corrisponde un angolo di rifrazione di 90° per cui: Quindi: cioè: Nel nostro caso:

Soluzione Applicando la legge di Snell all’angolo limite si ha: per cui: Quindi: cioè: Nel nostro caso: Per definizione all’angolo limite corrisponde un angolo di rifrazione di 90°

angolo di accettazione Applichiamo, ora, la legge di Snell al punto A di ingresso del raggio nella fibra, tenendo presente che il mezzo esterno alla fibra è l’aria (naria = 1): Osservando che: Si ottiene: Quindi: apertura numerica angolo di accettazione cono di accettazione

angolo di accettazione Applichiamo, ora, la legge di Snell al punto A di ingresso del raggio nella fibra, tenendo presente che il mezzo esterno alla fibra è l’aria (naria = 1): Osservando che: Si ottiene: apertura numerica angolo di accettazione cono di accettazione Quindi:

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