Fibra ottica: come funziona? A cosa serve? E altro ancora

Le telecomunicazioni o le comunicazioni a distanza sono possibili grazie alle diverse linee di trasmissione esistenti. Tra questi, uno dei più affidabili è la Fibra Ottica. Impara attraverso questo articolo, COME FUNZIONA LA FIBRA OTTICA che ti consente di utilizzare Internet e molti altri vantaggi a casa e in ufficio.

Fibra ottica

La fibra ottica è un filamento flessibile generalmente costituito da silicio, sebbene esistano anche fibre ottiche realizzate in plastica. È un materiale molto delicato, con un diametro quasi simile a quello di una ciocca di capelli. È trasparente, per poter trasmettere la luce senza che la frequenza di un colore distorca gli altri.

La fibra ottica è emersa come potenziale sostituto del cavo coassiale. Come il cavo di rame, la fibra viene utilizzata per trasmettere i dati tra le due estremità, utilizzando la luce come mezzo di trasporto.

Oggi la fibra ottica è uno dei meccanismi di comunicazione più utilizzati. Questo perché le informazioni possono percorrere lunghe distanze senza bisogno di molti, o forse senza amplificatori, in modo che il segnale non vada perso. Ha anche una larghezza di banda o una velocità dati superiore ai cavi in rame.

Tra gli altri motivi per cui la fibra ottica viene utilizzata per sostituire il cavo in rame è che c'è una minore attenuazione del segnale per chilometro di viaggio. E un altro dei suoi vantaggi è che la fibra ottica è immune alle interferenze elettromagnetiche, quindi è praticamente impossibile violare la sicurezza.

Allo stesso modo, è comune trovare fibre ottiche per l'illuminazione. Ciò è dovuto al fatto che al momento è attraverso la fibra che è stato possibile fornire la luce più intensa tra tutte le forme di luce artificiale.

La struttura di una fibra ottica è costituita da un nucleo, che è la fibra stessa dove viaggia l'informazione. Il nucleo è ricoperto da un rivestimento, che è caratterizzato dall'avere un indice di riflessione inferiore rispetto al nucleo. Questo viene fatto con l'intento di evitare che il raggio di luce che viaggia nel nucleo lo lasci e perda l'informazione, cioè è un modo per confinare l'informazione nel nucleo sfruttando il fenomeno della riflessione.

Successivamente, il rivestimento è circondato da un mantello e questo mantello di Kevlar. E infine un cappuccio, solitamente giallo o arancione, che identifica il tipo di fibra. Entrambi servono a fornire protezione e rigidità meccanica alla fibra, poiché altrimenti la fibra sarebbe estremamente fragile, anche più di quanto non lo sia già.

All'interno della fibra ottica è possibile inviare più di un raggio di luce, poiché esistono diversi percorsi o modi possibili per farlo. Questo tipo di fibra ottica è chiamato multimodale e il suo nome deriva da ciò che ha più modalità per inviare i raggi di luce contemporaneamente. Invece, la fibra monomodale utilizza un unico percorso lineare per trasmettere il raggio di luce. Fisicamente, tendono a differenziarsi per il colore del cappuccio, generalmente arancione per multimodale e giallo per monomodale.

Nella giunzione della fibra ottica è importante tenere presente che il suo allineamento tra le anime deve essere estremamente preciso, poiché altrimenti si avrebbero perdite per falso accoppiamento. Ciò implica che le giunzioni tra le fibre ottiche sono più complesse di quelle utilizzate nei cavi in rame convenzionali.

Storia della fibra ottica

Nella fibra ottica ci sono due elementi fondamentali che hanno presentato progressi per raggiungere la tecnologia che conosciamo oggi in termini di trasmissione dei dati attraverso la luce. Questi elementi sono la fibra ottica e la luce che vi viaggia. In questo segmento, viaggeremo attraverso la storia della fibra ottica e come si è evoluta nel tempo.

Nell'antica Grecia, la luce del sole riflessa dagli specchi veniva usata per inviare messaggi o per ostruire la visione dei tuoi nemici. Questo stesso sistema fu applicato da Claude Chappe nel 1792 per applicare la telegrafia ottica utilizzando torri e specchi che si distribuivano su 200 km. È riuscito a trasmettere un messaggio a tempo di record per il tempo di 16 minuti.

Nel 1910 Demetrius Hondros e Peter Debye furono i primi a implementare la cattura della luce all'interno di cavi di vetro. È curioso che questo esperimento sia durato così tanto, perché nell'anno 1820 esistevano già le equazioni che stabilivano questo fenomeno.

Questo principio è chiamato confinamento della luce per rifrazione. Ricordiamo che la rifrazione è un fenomeno che fa sì che un raggio di luce cambi direzione quando passa da una linea di trasmissione ad un'altra che hanno indici di rifrazione diversi perché hanno densità diverse.

Nel 1840, Jean-Daniel Collado e Jacques Babinet furono in grado di dimostrare questo principio. Allo stesso modo, nel 1870 John Tyndall osservò che la luce può viaggiare nell'acqua e che la luce viene rifratta all'interno di questo mezzo. Questi primi passi hanno permesso di realizzare gli studi che confermerebbero le potenzialità del cristallo come materiale per eccellenza per la trasmissione della luce su lunghe distanze. Inizialmente la sua applicazione era per l'illuminazione di fontane d'acqua.

Successivamente, John Logie, un ingegnere scozzese, brevettò un sistema elettromeccanico per la televisione a colori, che utilizzava aste di vetro che trasmettevano la luce. Questo sistema non ebbe molto successo a causa dell'attenuazione che aveva a causa dei materiali e delle tecniche che applicava, quindi non era possibile per la luce percorrere grandi distanze. Inoltre, il loro sistema non aveva accoppiatori ottici.

Nel 1952 grazie ai precedenti studi effettuati da John Tyndall, il fisico Narinder Singh Kapany riuscì a realizzare l'invenzione della fibra ottica. Va notato che fu negli anni '1950 quando si approfondirono le ricerche sulla fibra ottica. Infatti, nel 1957 Basil Hirschovitz ha prodotto un endoscopio semiflessibile utilizzando fibre ottiche. È riuscito a inviare immagini e questo endoscopio è uno strumento più comodo per gli interventi chirurgici.

L'Università del Michigan propone nella sua versione di endoscopio semiflessibile l'utilizzo di un materiale con un indice di rifrazione inferiore rispetto al nucleo, invece di utilizzare oli o cere come si usava in precedenza. Inoltre, sono stati prodotti anche fili di fibra ottica molto più sottili, tanto quanto lo spessore di un capello. Tuttavia, la luce è stata attenuata o persa dopo 9 metri di viaggio con questa fibra ottica. È stato Charles K. Kao, che ha presentato che la massima attenuazione teorica che le fibre ottiche dovrebbero avere era di 20 decibel perché la sua applicazione fosse fattibile, nella sua tesi di dottorato

Ancora una volta, Charles K. Kao insieme a George Hockham affermò che era possibile produrre fibre con una maggiore percentuale di trasparenza. Allo stesso modo, sono stati loro a proporre l'uso della fibra ottica per la trasmissione dei messaggi telefonici invece di utilizzare quelli convinti sia cavi di rame che elettrici.

Era necessario migliorare la fibra ottica, che al momento aveva un'attenuazione di 100 dB/km, larghezza di banda ridotta e grande fragilità meccanica. Per ottenere ciò, sono stati necessari studi e indagini incessanti e approfonditi, che hanno permesso di determinare che la causa per cui vi era questo livello di perdita di luce erano le impurità intrinseche che esistevano nel silicio o nel vetro.

Fu grazie a questa scoperta che iniziarono a essere prodotte fibre con una riduzione dell'attenuazione fino a 20 dB/km e con una larghezza di banda maggiore. Inoltre le anime avevano uno spessore di 100 µm, che venivano ricoperte con filo di Naylon per rispettare la fondazione dell'indice di rifrazione, ma che poteva fornire anche una maggiore rigidità meccanica, rendendo impossibile la rottura della fibra con le mani.

Il lavoro di Kao e Hockman è servito come base per la ricerca condotta da Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz e Frank Zimar che hanno proposto e prodotto la prima fibra ottica con impurità di Titanio. Queste impurità sono state intenzionalmente incorporate nel silicio per aumentare la rifrazione nella fibra. Questa fibra permetteva alla luce di viaggiare nella fibra ottica con soli 17 dB/km di attenuazione. In quello stesso decennio del 1970 era possibile produrre fibre ottiche con solo 0.5 dB/km di perdite.

Un altro importante progresso nella tecnologia di trasmissione dei dati luminosi è stato fatto dai fisici Morton B. Panish e Izuo Hayashi che hanno sviluppato un laser a semiconduttore in grado di funzionare continuamente senza aumentare la sua temperatura. Insieme John MacChesney e altri collaboratori hanno generato metodi di preparazione delle fibre.

La prima trasmissione telefonica utilizzando la linea di trasmissione è stata effettuata il 22 aprile 1977 dalla società nordamericana General Telephone and Electronics, e ha raggiunto una velocità di 6 Mbit/s.

Nel 1980 le fibre avevano una tale trasparenza da poter inviare segnali attraverso una fibra ottica per un percorso fino a duecentoquaranta chilometri prima di essere completamente perse. Queste fibre sono nate quando i ricercatori si sono resi conto che il silicio puro senza alcun metallo poteva essere prodotto solo utilizzando strumenti e componenti che utilizzavano il vapore. Ciò ha impedito la formazione di contaminanti intrinseci nel processo di produzione.

AT&T ha presentato il suo progetto per un sistema in fibra ottica a circa 1980 miglia di distanza alla Federal Communications Commission nel XNUMX. Questo sistema avrebbe attraversato e collegato le città di Boston e Washington DC. Fu dopo quattro anni dalla sua presentazione di questo progetto, che il sistema iniziò a diventare operativo. Questo cavo aveva un diametro di dieci pollici ed era in grado di fornire fino a ottantamila canali vocali per conversazioni telefoniche simultanee.

La prima fibra ottica ad essere installata transoceanica è diventata operativa nel 1988, la trasparenza del suo nucleo era così impeccabile che era sufficiente posizionare amplificatori ottici ogni quaranta miglia. Successivamente furono realizzati più collegamenti di questo tipo e furono effettuati tour più estesi tra città e continenti.

Tutti questi progressi hanno permesso alla fibra ottica di continuare a migliorare la sua trasparenza e potrebbe essere applicata per le comunicazioni nel mercato e non solo a livello sperimentale. Infatti la General Telephone and Electronics il 22 aprile 1977 riuscì ad effettuare con successo la prima trasmissione telefonica con una velocità di 6 Mbit/s, utilizzando la fibra ottica come linea di trasmissione.

Processo di fabbricazione

È stato ai Bell Laboratories che sono stati sviluppati metodi indipendenti per la produzione di fibre ottiche. Da lì, ci sono quattro processi per la produzione di fibre ottiche

MCVD (deposizione chimica da vapore modificata)

Questo metodo è stato originariamente sviluppato da Corning Glass e adattato dai Bell Laboratories per applicazioni industriali. Sono costituiti da un tubo di quarzo puro, in cui il biossido di silicio viene miscelato con altri elementi per drogare la preparazione. Questo tubo viene quindi posizionato su un tornio rotante.

Successivamente, viene portato a temperature fino a 1600 gradi Celsius con un bruciatore a idrogeno e ossigeno. Questo viene fatto ruotando il tornio mentre il tubo di quarzo viene riscaldato per tutta la sua lunghezza. A questo punto vengono aggiunti gli additivi, che sono quelli che contribuiranno ad un migliore indice di rifrazione nel nocciolo, ad una estremità del tubo.

Vengono inglobati anche gli strati successivi, per il continuo assoggettamento del bruciatore. Questa tecnica permette di sintetizzare il nucleo. Successivamente, il bruciatore viene portato ad una temperatura di 1800 gradi centigradi, che è la temperatura che permette al quarzo di ammorbidirsi e ottenere così la preforma.

La preforma si riferisce alla bacchetta o al tubo di vetro che viene utilizzato per creare fibre ottiche. Cioè, è il tubo solido che si ottiene dopo questo metodo. Di solito le sue dimensioni sono poco più di 1 metro di lunghezza e 1 centimetro di diametro.

VAD (deposizione assiale di vapore)

Questa tecnica si basa su quella sviluppata da Nippon Telephone and Telegraph. È ampiamente utilizzato in Giappone in quelle aziende impegnate nella produzione di fibre ottiche. Utilizza gli stessi materiali di base del metodo MCVD, ma differiscono per il fatto che in quest'ultimo è stato posizionato solo il nucleo. Ora, anche il rivestimento è posizionato in aggiunta

Ecco perché questo metodo è un po' più delicato al momento del drogaggio, poiché il biossido di germanio deve essere incorporato in una proporzione maggiore nel nucleo rispetto al rivestimento. Per questa fabbricazione, viene utilizzato un software come assistente essenziale in cui vengono stabiliti i parametri.

Prendendo con una bacchetta o un tubo di vetro ausiliario, inizia il processo della preforma. Questo tubo ausiliario funge da supporto. Si inizia inglobando ordinatamente i diversi materiali dall'estremità del cilindro, ottenendo la preforma porosa che, crescendo, si stacca dal tubo di vetro ausiliario.

Successivamente viene eseguito il processo di collasso, che consiste nell'innalzare la temperatura fino a 1700 gradi centigradi per ottenere l'ammorbidimento del quarzo. Questo viene fatto per passare da una preforma porosa internamente cava a un cilindro solido e trasparente.

Se confrontiamo questo metodo con il precedente, il metodo VAD ha il vantaggio di ottenere preforme di maggiore lunghezza e diametro maggiore, riducendo anche l'apporto energetico. Tuttavia, il suo svantaggio è che richiede attrezzature di produzione molto più sofisticate.

OVD (deposizione da vapore esterno)

Questo metodo è stato sviluppato da Corning Glass Work. In questo caso, la tua materia prima inizia con un cilindro di substrato ceramico e il bruciatore. I cloruri vaporosi vengono posti sul fuoco del bruciatore e il fuoco riscalda l'asta. A questo punto si procede alla sintesi della preforma. Questo procedimento consiste nell'essiccare il tondino mediante cloro gassoso, per poi effettuare il processo di collassamento con le stesse modalità di quelle effettuate con il metodo precedente. Si sintetizza così il nucleo e il suo rivestimento, ottenendo la preforma.

Alcuni dei vantaggi di questo metodo è che è possibile produrre fibre ottiche con attenuazione molto bassa e di buona qualità, grazie all'ottimizzazione del processo di essiccazione. Questa ottimizzazione permette di ottenere profili lisci senza una struttura anulare importante.

PCVD (deposizione da vapore chimico plasmatico)

Questo metodo è sviluppato dalla società Philips nei Paesi Bassi. Allo stesso modo, la sua caratteristica sono i suoi profili lisci e senza struttura anulare riconoscibile. Il principio di questa fondazione si basa sull'ossidazione del cloruro di silicio e del cloruro di germanio. Arrugginindo questi cloruri, si ottiene uno stato plasmatico, seguito dal processo di drogaggio dell'interno.

Fase di allungamento delle preforme

Indipendentemente dal tipo di metodo utilizzato, è comune tra tutti questi che viene eseguito il processo di stiro della preforma. Per ottenere lo stiro della preforma è necessario disporre di un forno tubolare aperto. All'interno di questo forno, la preforma viene posta e sottoposta a temperature fino a 2000 gradi Celsius, questo per ammorbidire la preforma e poterla manipolare.

In questo processo, si ottiene il diametro della fibra ottica ed è della massima importanza mantenere una tensione costante in modo che il diametro per tutta la lunghezza della fibra ottica non vari. Il modo per garantire che il nucleo non abbia tali variazioni nel suo diametro è mantenere una tensione uniforme costante. Inoltre, deve essere garantita l'assenza di correnti di convezione nel forno.

Allo stesso modo, è della massima importanza che quando la preforma si rammollisce nuovamente, si eviti l'ingresso di agenti che possono contaminare o generare microfessure, che causerebbero la perdita della sua attenuazione e persino la rottura della fibra ottica.

Durante questo processo, alla figura viene aggiunto anche materiale sintetico, generalmente è un polimero viscoso. L'importanza di questo polimero è che consente di allungare la fibra ottica a velocità più elevate. Questo crea uno strato uniforme e privo di impurità attorno alla fibra. Infine, tale protezione viene essiccata e indurita, mediante processi termici o reazioni chimiche mediante radiazione ultravioletta.

Applicazioni in fibra ottica

La fibra ha una versatilità impressionante, quindi può essere applicata nelle comunicazioni digitali, gioielli, sensori, illuminazione, decorazioni, tra gli altri. Ecco alcune delle applicazioni più comuni della fibra ottica e quelle aggiuntive.

Comunicazioni in fibra ottica

L'uso su larga scala o grandezza della fibra ottica è per le telecomunicazioni. Grazie alla sua flessibilità, è possibile raggruppare più fili per formare cavi in fibra ottica. Di solito, le fibre utilizzate per questo sono di plastica o di vetro, e talvolta anche di entrambi i materiali.

Sensori in fibra ottica

I sensori in fibra ottica possono essere distinti tra sensori intrinseci e sensori estrinseci. I sensori intrinseci si riferiscono alla figura stessa come sensore. Nei sensori estrinseci, invece, la fibra è il mezzo per trasmettere i segnali che un sensore emette ad un sistema che elabora tali segnali.

Poiché non c'è circolazione di corrente elettrica nelle fibre ottiche, hanno un vantaggio rispetto ai sensori elettrici. Anche il filato in fibra è di per sé un ottimo sensore per misurare deformazioni, temperatura, pressione atmosferica, umidità, campi elettrici, campi magnetici, gas, vibrazioni, tra gli altri.

Un'altra applicazione della fibra ottica nell'applicazione di microfoni acquatici per il rilevamento di terremoti o applicazioni di onde generate da un sonar. Per questo sono stati utilizzati più di mille sensori realizzati con fibre ottiche per creare sistemi idrofonici. Questo tipo di sistema è utilizzato principalmente dall'industria petrolifera e dalle organizzazioni della difesa e da alcuni paesi. Allo stesso modo, l'azienda tedesca Sennheiser ha creato un microfono che funziona con luce laser e fibre ottiche.

In questo stesso senso, nei pozzi petroliferi vengono utilizzati sensori a fibra ottica che misurano la temperatura e la pressione atmosferica. Questi tipi di sensori sono in grado di resistere a condizioni più estreme rispetto ai sensori realizzati con semiconduttori.

Nell'aviazione c'è un giroscopio fatto di fibre ottiche e microsensori a idrogeno.

Questi sensori fotonici realizzati in fibra ottica contengono generalmente quattro parti fondamentali, che sono:

Il sensore: è il trasduttore
L'interrogatore: chi emette e riceve il segnale proveniente dalla fibra ottica.
Il cavo ottico: è la fibra ottica
Accoppiatori ottici, multiplexer, amplificatori o interruttori: gli elementi che aiutano ad accoppiare il sistema ottico ed elettrico senza perdere il segnale e sono in grado di gestire segnali diversi provenienti da sorgenti diverse.

Il funzionamento o il funzionamento di questo sistema inizia con la generazione di un segnale ottico creato dall'interrogatore, questo per richiedere informazioni al ricevitore. Queste informazioni viaggiano attraverso la fibra ottica del sensore. Quando si procede a misurare condizioni ambientali come gas, pressione atmosferica, temperatura e altri fattori, si ha una variazione nell'intensità della luce, oppure ne viene influenzata la lunghezza d'onda e, quindi, si ha un cambiamento in essa. .

Questa variazione di variazione, sia nella lunghezza d'onda che nell'intensità della luce, viene nuovamente restituita attraverso la fibra ottica all'interrogatore. Quindi, viene stimata la percentuale di variazione di questi cambiamenti. Applicando diversi algoritmi e strumenti come accoppiatori optoelettronici, è possibile convertire segnali ottici in segnali elettronici, in modo che i sistemi elettrici che si trovano agli estremi possano interpretare le informazioni, come un sistema di controllo o visualizzazione dei dati in tempo reale.

Allo stesso modo, a seconda della quantità di traffico dati come quelli che transitano in una rete Internet, possono esserci multiplexer ottici, switch ottici, amplificatori ottici o accoppiatori ottici differenti allo stesso modo.

Allo stesso modo, i sistemi di sensori in fibra ottica possono essere classificati come puntiformi o distribuiti.

Sistemi di sensori ottici puntiformi

Questo tipo di sistema utilizza sensori distribuiti in posizioni definite all'interno di una rete di sensori che consentono di monitorare i parametri individualmente. Per questo motivo, i sistemi a punti consentono la misurazione di più parametri contemporaneamente. A differenza dei sistemi distribuiti, il monitoraggio del sistema a punti può estendersi fino a 250 km.

Sistemi di sensori ottici distribuiti

In questo caso, le misure e le rilevazioni di variazione del parametro ottico che riceve l'interrogatore, provengono dai dati ottenuti lungo tutta la fibra ottica. Ciò presenta un vantaggio poiché è una zona del filamento in fibra ottica che viene utilizzata come traslatore del sistema. Il sistema ottico distribuito può estendersi fino a un raggio di 120 km di lunghezza.

Illuminazione

Le prime applicazioni che ha avuto la fibra ottica sono state proprio l'illuminazione degli spazi. Ancora oggi esiste questa applicazione per la fibra ottica. Ciò è dovuto al fatto che la fibra ottica consente di illuminare aree senza generare calore e senza rischio di cortocircuiti, poiché la fibra ottica è progettata per la trasmissione di fasci luminosi.

È anche possibile, modificando la frequenza, cambiare il colore dell'illuminazione. Questo è molto utile, ad esempio, se si utilizza l'illuminazione in una lampada, poiché è possibile cambiare il colore senza dover cambiare la lampada.

Allo stesso modo, è possibile espandere le aree di illuminazione poiché è possibile posizionare diverse fibre ottiche in più punti, utilizzando un'unica fonte di luce.

Più usi della fibra ottica

Viene utilizzato come guida d'onda per fasci di luce emessi da apparecchiature mediche o industriali che richiedono l'illuminazione di aree in cui la linea di vista non è direttamente o facilmente accessibile.

Possiamo prendere come esempio l'endoscopio semiflessibile utilizzato in medicina, che utilizza fibre ottiche in combinazione con lenti per essere in grado di visualizzare l'interno degli organi senza la necessità di interventi chirurgici altamente invasivi. Nel caso delle industrie, per ispezionare apparecchiature come le turbine.

Le fibre ottiche, infatti, sono attualmente utilizzate come elementi decorativi, come nel caso degli alberi di Natale che hanno nei rami delle fibre ottiche che illuminano l'albero, ed è anche possibile variarne il colore.

Un altro esempio di applicazione in fibra ottica è quello applicato in alcuni edifici, che catturano la luce naturale dai tetti e grazie alle fibre ottiche questa luce può viaggiare negli spazi interni dell'edificio.

E infine, oggi c'è una miscela tra cemento e fibra ottica che si traduce in un cemento traslucido. Questo materiale è stato creato dall'architetto Ron Losonczi e la cosa sorprendente di questo cemento è che può ancora avere la forza del cemento e, inoltre, la qualità delle fibre ottiche per trasmettere la luce.

Caratteristiche della fibra ottica

La fibra ottica è una linea di trasmissione dielettrica che opera all'interno dello spettro elettromagnetico nella banda ottica. In questa banda ottica è dove possiamo trovare i colori, ma c'è anche la banda del vicino infrarosso e la banda dell'infrarosso. Nella fibra ottica viene solitamente utilizzata parte di queste frequenze.

Ogni trefolo in fibra ottica ha un nucleo al centro in plastica o vetro, ovvero silicio e ossido di germanio. Questo nucleo ha un alto indice di rifrazione ed è ricoperto da un rivestimento con un indice di rifrazione più basso. Ciò consente alla luce di viaggiare solo attraverso il nucleo e non di sfuggire all'esterno. È comune che questo strato di rivestimento sia costituito da un polimero o da una plastica.

Questa differenza negli indici di rifrazione che deve esistere tra il nucleo e il suo rivestimento è dovuta ai principi di rifrazione della luce. Questo principio afferma che quando una superficie con un certo indice di rifrazione confina con un'altra superficie con un indice di rifrazione più basso, la luce viene riflessa e, maggiore è la differenza tra questi indici, maggiore è l'angolo di incidenza, quindi si avrà una riflessione interna totale .

Nella fibra ottica, la luce rimbalza o si riflette all'interno del nucleo, e questi angoli di riflessione sono molto ampi, quindi si può praticamente presumere che la luce viaggi in linea retta attraverso il suo centro, permettendole di viaggiare a grandi distanze senza dissolvenza.

Prestazioni in fibra ottica

Le leggi della geometria ottica sono quelle che stabiliscono il funzionamento ei principi base del funzionamento della fibra ottica. La fibra ottica è principalmente regolata dalla legge della rifrazione sia per il principio della riflessione interna totale.

I fasci di luce sono trasmessi dal nucleo della fibra ottica, ho dato la differenza negli indici di rifrazione questo fascio non può passare attraverso il rivestimento ma in realtà viene riflesso su di esso e continua a propagarsi attraverso il nucleo.

Successivamente, presenteremo i vantaggi e gli svantaggi della tecnologia in fibra ottica.

Vantaggi

Ha una larghezza di banda molto ampia, che consente velocità di trasmissione molto elevate
È una tecnologia minimalista, cioè occupa pochissimo spazio.
È leggero, poiché pesa solo pochi grammi per chilometro. A differenza del cavo elettrico che può pesare anche 9 volte di più della fibra ottica.
È completamente immune alla contaminazione elettromagnetica. Quindi ha una qualità di trasmissione superiore alle linee convenzionali, poiché non è disturbata ad esempio da cortocircuiti esterni o temporali.
Proprio perché immune alle interferenze, la fibra ottica garantisce un alto livello di sicurezza delle informazioni. Questo perché l'unico modo per entrare nel sistema di trasmissione in fibra ottica è indebolirlo e persino interromperlo, rendendolo facilmente rilevabile.
Non genera interferenze con altri sistemi.
Non risente dei segnali parassiti, quindi in impianti come la metropolitana dove sono presenti sistemi che possono facilmente interrompere le comunicazioni, la fibra ottica diventa l'alternativa per eccellenza.
La sua attenuazione è notevolmente ridotta rispetto ai cavi convenzionali, quindi è possibile percorrere lunghe distanze senza la necessità di includere elementi attivi come amplificatori per mantenere il segnale.
A seconda dei materiali con cui sono realizzati il mantello e la cappa, la fibra ottica può avere una buona resistenza meccanica.
È resistente alla corrosione.
Dispone di un sistema chiamato riflettometria ottica che consente di rilevare facilmente punti di debolezza o fibra tagliata lungo il percorso.

Svantaggi

Poiché presentiamo tutti i vantaggi della fibra ottica, procederemo a presentare gli svantaggi di questa tecnologia rispetto ad altre linee di trasmissione.

Elevata fragilità delle fibre.
Richiede apparecchiature di trasmissione e ricezione più costose.
Le giunzioni realizzate con fibre ottiche sono più complesse da fare, soprattutto sul campo, quindi le riparazioni sono più difficili.
Non essendo in grado di trasmettere elettricità, non è direttamente compatibile con i sistemi terminali, generalmente elettronici.
Non può trasmettere potenze molto elevate.
Non può memorizzare le informazioni otticamente.
È influenzato da alte o basse temperature, quindi la giacca e il rivestimento devono essere materiali resistenti alle temperature.
Le vibrazioni possono influenzare correttamente la trasmissione dei dati.

Tipi di fibra ottica

All'interno del nucleo della fibra ottica ci sono diversi percorsi che il raggio di luce può seguire. Ciascuno di questi percorsi è chiamato modalità di propagazione. La fibra ottica può essere classificata come fibra multimodale o monomodale.

Fibra multimodale

La fibra multimodale si riferisce a quella in cui la luce può viaggiare attraverso più di un percorso o modalità. Un singolo filo di fibra multimodale può avere fino a 1000 modalità di propagazione dei fasci di luce. Ciò implica che i fasci di luce non arrivino contemporaneamente. Questo tipo di fibra viene generalmente utilizzato su brevi distanze, circa distanze inferiori a 2 chilometri.

L'indice di rifrazione del nucleo di una fibra multimodale è leggermente superiore all'indice di rifrazione del rivestimento. Inoltre, lo spessore del nucleo di una fibra multimodale è maggiore di quello di una fibra monomodale, questo permette di essere più facile da collegare perché non richiede una precisione così precisa.

La fibra multimodale può a sua volta essere classificata in due forme a seconda del tipo di indice di rifrazione del suo nucleo, che sono:

Indice sfalsato: in questo caso l'indice di rifrazione è costante per tutta la lunghezza del nucleo, avendo quindi un'elevata dispersione modale

Indice graduale: in questo caso il nucleo è composto da materiali diversi quindi l'indice di rifrazione non è costante su tutta la lunghezza della fibra e, quindi, ha una minore dispersione modale.

Allo stesso modo, lo standard che si stabilisce nella ISO 11801, indica la classificazione della fibra ottica multimodale in base alla larghezza di banda e alla sorgente luminosa da utilizzare, per dire se è multimodale su laser, o multimodale su luce led.

OM1: Fibra 62.5/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM2: Fibra 50/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM3: Fibra 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Laser.

Fibra monomodale

Come abbiamo spiegato in precedenza, il termine modalità viene applicato per indicare il numero di traiettorie che possono avere i fasci di luce. Nella fibra monomodale, c'è solo una modalità attraverso la quale la luce può viaggiare. Questo si traduce quindi in un diametro più piccolo del nucleo. Allo stesso modo, la luce teoricamente viaggia attraverso il centro della fibra a differenza del multimodale che rimbalza sulle pareti del nucleo. Questo tipo di fibra viene utilizzato principalmente per i percorsi a lunga distanza.

Cavo struttura allentato

È anche possibile classificare la fibra ottica in base al suo design e ci sono anche due tipi di fibra ottica secondo questa classificazione.

Questo tipo di fibra può essere applicato all'esterno e all'interno ed è costituito da più trefoli di fibra che vengono divisi in gruppi che vengono introdotti in tubi che circondano un rinforzo centrale, e questi a loro volta sono coperti da una guaina protettiva.

Il termine struttura libera deriva dal fatto che i trefoli in fibra ottica si trovano liberamente all'interno dei tubi attraverso i quali sono guidati. Questo tubo può essere cavo o avere al suo interno un materiale idrofobo, in modo da fungere da protezione della fibra ottica contro l'umidità.

Inoltre, doveva essere lasco, permette di isolare la fibra ottica dalle forze meccaniche esterne che si esercitano sul cavo.

Il supporto centrale è generalmente flessibile e fornisce forza al cavo. Può essere realizzato in materiale metallico o dielettrico.

Cavo a struttura stretta

Questo cavo ha principalmente applicazioni per l'interno di edifici in quanto è più flessibile e consente raggi di curvatura più piccoli rispetto ai cavi a struttura libera.

Questo cavo è costituito dall'unione di più trefoli in fibra ottica che singolarmente hanno mantello e guaina. Questi fili circondano un pezzo centrale e tutto questo insieme è a sua volta protetto da uno strato esterno. Il suo nome deriva dal fatto che tutti i fili di fibra sono molto stretti, il che fornisce un buon supporto fisico.

Componenti in fibra ottica

In un sistema di comunicazione in fibra ottica ci sono alcuni componenti necessari affinché la trasmissione abbia successo. Questi componenti includono trasmettitori ottici, rilevatori ottici, connettori o terminali in fibra ottica, tra gli altri.

Trasmettitori ottici

Questi sono gli elementi incaricati di trasformare le informazioni oi dati che provengono da una sorgente elettronica in dati ottici o fasci di luce. Per ottenere ciò, il trasmettitore utilizza elettroni a una certa frequenza per essere eccitati all'interno di materiali come il silicio, generando spesso fasci di luce, chiamati fotoni, sotto forma di energia. I fotoni sono la particella quantistica elementare della luce. Il trasmettitore dispone internamente di un modulatore che svolge la funzione di trasformare l'energia elettronica in energia ottica.

Emettitori di raggi

Nei trasmettitori ottici esistono due tipi di emettitori che emettono segnali ottici, che sono:

LED.

È un diodo che emette luce, o diodo ad emissione luminosa. Questo tipo di emettitore di luce viene utilizzato principalmente nella fibra multimodale per la sua facilità d'uso e durata. Sebbene sia importante notare che questo tipo di luce non è in grado di percorrere lunghe distanze, viene utilizzato per brevi distanze perché svolgono la funzione e riducono i costi.

laser

È la radiazione spontanea amplificata e stimolata. Emette luce altamente coerente e utilizza semiconduttori per l'emissione di luce. la luce laser può essere utilizzata nelle fibre multimodali e nelle fibre monomodali, sebbene siano generalmente utilizzate solo nelle fibre monomodali poiché la loro circuiteria è più complessa e quindi più costosa. La durata del laser, anche se lunga, è solitamente inferiore alla media dei LED.

Convertitori elettrici luce-corrente

Nelle trasmissioni in fibra ottica è necessario disporre di un elemento che rilevi la presenza di fotoni. Di solito, è un fotodiodo che è responsabile della conversione dei segnali ottici in segnali elettronici. Lo fa traducendo la presenza o l'assenza di luce in segnali con alti e bassi o uno e zero.

Inoltre, vengono applicati per il processo inverso, cioè per convertire segnali elettrici in segnali ottici. Anche se è possibile trasformare la luce in segnali elettrici, e questi emettono una certa potenza, non è sufficiente alimentare l'apparecchiatura terminale. Queste apparecchiature terminali sono generalmente elettriche, quindi è quasi sempre necessaria una fonte di alimentazione alternativa.

Come accennato in precedenza, solitamente questi convertitori optoelettrici sono costituiti da un fotodiodo o da un semiconduttore. Per garantire il corretto funzionamento di questi semiconduttori devono sussistere determinate condizioni, che sono:

In assenza di luce, la corrente inversa non deve essere molto elevata per poter rilevare segnali ottici molto deboli.
Deve avere un'ampia larghezza di banda, per essere in grado di fornire velocità di risposta.
I livelli di rumore generati da questi semiconduttori dovrebbero essere minimi.

A loro volta, ci sono due tipi di rivelatori, fotodiodi PIN e fotodiodi a valanga APD.

Rilevatori di PIN

Questo tipo di rivelatore è costituito da un semiconduttore composto da tre strati, i due strati esterni sono uno di tipo P e uno di tipo N e quello in mezzo è un semiconduttore intrinseco. Da qui deriva il suo nome PIN. Questo materiale intrinseco in pratica viene solitamente posto come estensione del materiale P o del materiale N.

Rivelatori APD

Questi sono semiconduttori da valanga. Questi fotodiodi, quando gli viene applicata una tensione inversa, generano un guadagno di corrente. Il funzionamento di questi rivelatori a valanga a semiconduttore consiste nel far viaggiare un elettrone e incontra un atomo in modo che possa rilasciare un altro elettrone. Il motivo per cui vengono utilizzati i semiconduttori a valanga è perché questo elettrone inviato è necessario per gestire una quantità sufficiente di energia.

I rilevatori APD possono essere classificati in tre tipologie, in base al materiale di cui sono composti:

Rivelatori di silicio

Questi tipi di rivelatori hanno un rendimento elevato e generano bassi livelli di rumore. L'alimentazione di questo tipo di rivelatori è compresa nell'intervallo da 200 V a 300 V

Rivelatori al germanio

In genere, funziona con lunghezze d'onda comprese tra 1000 e 1300 nm, anche se con prestazioni leggermente inferiori.

Rilevatori altri materiali

Questi rivelatori sono composti da materiali o sostanze chimiche che si trovano nei gruppi III e V della tavola periodica.

Tipi di lucidatura della fibra ottica

I tipi di lucidatura dipenderanno dai connettori che si trovano alle estremità della fibra ottica, possono essere classificati in base al loro tipo di lucidatura. Questo tipo di lucidatura varierà a seconda del modo in cui è collegato.

Plano: questa lucidatura lascia le estremità della fibra lisce e perpendicolari al suo asse, cioè completamente piatte.

PC (contatto fisico): Le fibre sono terminate in modo convesso, mettendo in contatto i nuclei di entrambe le fibre.

SPC (SuperPC): È simile a PSP, i bordi sono un po' lime quindi sembra una figura triangolare senza un punto al centro, ma è piatto.

CPU (UltraPC): è uguale a SPC ma i bordi sono ulteriormente chiamati in modo che solo il centro della fibra sia piatto.

UPC migliorato: È una versione più profilata rispetto alla precedente, quindi il contatto deve avere estrema precisione.

APC (PC angolato): Questo tipo di Lucidatura consiste nel realizzare un profilo con un certo angolo, questo angolo permette di garantire con maggiore precisione il contatto fisico tra le anime di entrambe le parti.

Connettori in fibra ottica

I connettori sono gli elementi che consentono di collegare la fibra ottica all'apparecchiatura terminale. Queste apparecchiature terminali hanno Porte di comunicazione del computer per il collegamento in fibra ottica. A seconda del tipo di porta, viene quindi utilizzato un determinato tipo di connettore per la connessione in fibra. È simile a quanto accade con i cavi convenzionali, ad esempio con il cavo coassiale ci sono diversi tipi di connettori e ognuno svolge una funzione.

In sintesi le tipologie di connettori per fibra ottica sono:

FC
FDDI
Array LC e MT
SC e SC-Duplex
ST o BFOC

I connettori comunemente utilizzati nelle fibre ottiche, in particolare per le reti locali, sono i connettori ST, LC, FC e SC.

Fili in fibra ottica

Un cavo in fibra ottica è costituito dall'insieme di più fibre ottiche attraverso le quali si vedono segnali diversi. Ogni fibra può inviare grandi quantità di dati da diverse fonti, quindi un cavo in fibra ottica può inviare informazioni da diversi servizi contemporaneamente.

I cavi in fibra ottica sono l'alternativa più fattibile per la sostituzione dei cavi coassiali nell'industria delle telecomunicazioni e nell'industria elettronica. Anche un cavo con 8 fibre ottiche è ancora notevolmente più piccolo dei cavi convenzionali. Un cavo in fibra ottica ha la capacità di trasmettere le informazioni equivalenti a quelle inviate da 60 cavi in rame da 1623 coppie, o 4 cavi coassiali da 8 tubi. Inoltre, la fibra ottica può inviare informazioni su distanze maggiori senza la necessità di posizionare tanti ripetitori o amplificatori come accadrebbe nel caso dell'utilizzo di cavi in rame.

Inoltre, è importante evidenziare la differenza di peso che esiste tra il cavo in fibra ottica e il cavo in rame. Ad esempio, un cavo in fibra ottica a 8 fibre può pesare fino a 30 kg per chilometro, mentre un cavo coassiale può pesare fino a 45 kg per chilometro. E allo stesso modo, la fibra ottica consente una singola corsa da 2 a 4 chilometri di distanza. Nel caso del cavo coassiale, consente solo corse da 250 a 300 metri.

Tuttavia, è anche vero che la fibra ottica richiede un rivestimento aggiuntivo e altri elementi che forniscono rinforzo nella sua installazione. Questo viene fatto per non mettere a rischio la posa e, in futuro, potrebbero verificarsi rotture dovute alla loro fragilità.

Caratteristiche del cavo

Questi cavi in fibra ottica hanno funzioni diverse. In primo luogo possiamo citare che funge da elemento di protezione delle fibre ottiche interne affinché non subiscano danni o rotture che possono verificarsi al momento dell'installazione del cavo o durante la sua vita utile, che generalmente è di 20 anni . .

In secondo luogo, i cavi in fibra ottica forniscono rigidità meccanica alla fibra ottica interna in modo che possa resistere a condizioni di torsione compressione trazione e ai fattori ambientali a cui può essere esposta. Ecco perché oltre al cavo vengono incorporati anche altri elementi per rinforzare e isolare la fibra ottica da questi agenti e forze esterne a cui è sottoposta.

Questi cavi possono avere un'installazione sotterranea, sottomarina o transoceanica o aerea. Uno dei punti più critici in un sistema con cavi in fibra ottica è al momento dell'installazione, ed è per questo che vengono utilizzati determinati elementi per proteggere la fibra da eventuali danni.

Progettazione ed elementi del cavo in fibra ottica

Il ruolo che svolgerà un cavo in fibra ottica determinerà la sua struttura. Tuttavia, anche quando possono essere applicati per funzioni diverse, tutti i cavi in fibra ottica hanno molti elementi in comune, che sono il rivestimento secondario, le fibre interne, gli elementi che contribuiscono al rinforzo e alla struttura del cavo, la guaina che raggruppa tutti filati di fibre e materiali isolanti per l'umidità. I rivestimenti secondari possono essere suddivisi in tre tipi:

Fodera aderente

Questa fodera è generalmente una solida corona anulare realizzata in nylon o poliestere che copre la fodera primaria. Pertanto questo rivestimento secondario aumenta il diametro finale della fibra ottica. La funzione di questo rivestimento è quella di fornire protezione contro le micropiegature che possono esistere nella fibra ottica. Tuttavia, anche se questo rivestimento protegge da queste curve, è importante prestare attenzione durante l'installazione della fibra ottica, poiché possono ancora verificarsi al momento dell'installazione.

Fodera allentata vuota

Questa fodera ha uno spazio sovradimensionato, che consiste in un tubo cavo realizzato in metallo e combinato con plastica. Questo rende questo tubo un materiale duro, ma allo stesso tempo flessibile. Lo scopo di realizzare un rivestimento sovradimensionato è quello di proteggere la fibra ottica da vibrazioni, temperature e forze meccaniche.

Fodera morbida con imbottitura

È lo stesso rivestimento sopra citato, ma all'interno viene introdotto un materiale in grado di isolare l'umidità. Introducendo un materiale idrofobo all'interno, impedisce all'acqua di raggiungere la fibra ottica. Oltre a fornire protezione contro le vibrazioni e altri agenti ambientali, è anche in grado di resistere a determinate temperature. È comune che vengano utilizzati materiali derivati dal petrolio o dal silicone.

Elementi strutturali

Questi elementi sono le strutture che fungono da guida centrale per il percorso che la fibra ottica deve seguire. La fibra ottica è distribuita lungo questa struttura o intrecciata attorno ad essa. Generalmente, queste strutture hanno canali o scanalature che fungono da guida aggiuntiva per la fibra ottica.

Elementi di rinforzo

Come indica il loro nome, la loro missione è quella di fornire un rinforzo aggiuntivo al cavo in fibra ottica in modo da isolare, per quanto possibile, le forze di trazione a cui le fibre possono essere soggette e, inoltre, che non vi siano allungamenti significativi che potrebbero causare rotture del nucleo. Oltre alla protezione dall'allungamento, protegge anche i cavi in fibra ottica da piegature e vibrazioni. I materiali più comuni utilizzati per le strutture di rinforzo sono la fibra di vetro Kevlar e l'acciaio poiché sono materiali flessibili ma hanno anche una solidità.

guaina

Tutti i cavi in fibra ottica hanno una guaina comunemente in plastica. Questa guaina è il rivestimento esterno del cavo in fibra ottica e la sua funzione è quella di fornire protezione al nucleo da agenti esterni, forze e fenomeni, come umidità, temperatura, vibrazioni, tra gli altri.

I materiali che andranno a comporre le nostre coperture varieranno in base alla loro installazione e applicazione, ad esempio i cavi ottici che sono interoceanici devono fornire protezione contro l'umidità, la pressione atmosferica e anche contro i morsi di squalo. Se si tratta di un cavo in fibra ottica che verrà installato per via aerea, la guaina dovrà proteggere il nucleo dalle vibrazioni e dagli attorcigliamenti generati dal vento, nonché dalle temperature e dall'umidità. Oppure, se infine, la sua installazione sarà interrata, allora la copertura dovrà essere un po' più pesante per resistere a urti e pressioni date, ad esempio, dal traffico veicolare.

Tecniche di giunzione

È comune che in percorsi molto grandi, fino a più di 120 chilometri, sia necessario effettuare giunzioni tra le fibre, poiché difficilmente esiste una fibra continua che abbia questa lunghezza. E anche in caso di rottura, è necessario eseguire questo tipo di riparazione.

I diversi tipi di giunzioni esistenti sono i seguenti:

Giunzione meccanica

Questo tipo di giunzione è costituito da una sorta di manicotto in cui vengono introdotte le due fibre e viene effettuata una torsione meccanica per unire le due anime. Queste giunzioni sono generalmente utilizzate su base temporanea o quando la giunzione a fusione è ritenuta non necessaria. Le perdite relative a questo tempo di giunzione sono dell'ordine di 0,5 dB.

Giunzione con colle

In questo caso viene applicata una speciale colla trasparente che permette di unire le due estremità della fibra e tale unione viene protetta con qualche tipo di rinforzo esterno. Ha perdite di 0.2 dB, ma di solito non è molto affidabile poiché la colla può tendere a staccarsi di nuovo.

Giunzione a fusione

Uno strumento chiamato giuntatrice a fusione viene utilizzato dove vengono eseguiti lavori più delicati e di precisione. In questo lavoro, l'operatore deve preventivamente preparare la fibra prima di introdurre le estremità in questa giuntatrice. Questo strumento ha la capacità di visualizzare se le estremità hanno qualche agente contaminante o se è necessaria una lucidatura più fine, o se dovrebbe esserci un migliore allineamento tra le fibre. Se tutti questi requisiti sono soddisfatti, allora procede a riscaldare solo quella zona, fondendo la fibra e unendo così le sue anime. Le perdite di questa giunzione sono di 0.02 dB.

Attenuazione nei cavi in fibra ottica

Con il termine attenuazione si intendono le perdite di potenza che si verificano nella linea di trasmissione. La sua unità di misura è il decibel (dB). Nella fibra ottica ci sono diversi motivi per cui si verifica un'attenuazione nel cavo. Ci sono due tipi di perdite, che sono la perdita o perdita intrinseca e la perdita estrinseca.

Le attenuazioni intrinseche sono quelle generate dalla composizione chimica e da altri fattori della sua fabbricazione. Cioè quelle cause che fanno parte della composizione stessa di Silicio e Germanio e dei processi di fabbricazione del filo. Per quanto i processi possano continuare a migliorare, non sarà possibile ottenere un filato di fibre senza attenuazione.

D'altra parte, le attenuazioni estrinseche sono quelle generate da fattori esterni, come impurità, cattive connessioni, lucidatura errata dei loro profili, giunti, tra gli altri. Questa attenuazione è o le perdite possono essere classificate a loro volta come segue:

Perdite di assorbimento

Questo tipo di attenuazione si verifica quando c'è la presenza di impurità all'interno della fibra. Queste impurità assorbono o interrompono il passaggio della luce. Questo assorbimento trasforma solitamente la luce in energia termica, generando perdite da 1 a 1000 dB/km.

Perdita di Rayleigh

Quando la fibra ottica è in lavorazione c'è un momento del suo raffreddamento in cui la fibra non è allo stato liquido e solido, ed è possibile che ci sia un'errata applicazione della tensione quando viene allungata, questo può generare irregolarità microscopiche. Queste irregolarità provocano la diffrazione dei fasci di luce quando li attraversano.

dispersioni

La dispersione si verifica quando c'è una variazione dell'indice di rifrazione e quindi la luce viene rifratta in modo diverso dal previsto, questo avviene per microfratture all'interno della fibra, inquinanti o per ragioni intrinseche della fibra.

Dispersione intermodale

Questo tipo di diffusione si verifica quando c'è una differenza nel tempo di propagazione della luce quando prendono percorsi diversi all'interno del nucleo della fibra. Può anche essere conosciuto con il nome di dispersione modale. Questo tipo di dispersione si verifica solo nelle fibre multimodali.

Dispersione cromatica del materiale: è il risultato delle diverse lunghezze d'onda della luce che si propagano a velocità diverse attraverso un dato mezzo.

Dispersione cromatica della guida d'onda: è funzione della larghezza di banda del segnale informativo e la configurazione della guida è generalmente inferiore alla precedente dispersione e quindi può essere trascurata.

Perdite di radiazioni

Queste perdite sono generate da attorcigliamenti o piegature nel cavo in fibra ottica. Ciò si verifica generalmente al momento dell'installazione o quando si verificano piegature all'interno del percorso percorso dalla fibra ottica.

Perdite di accoppiamento

Durante la giunzione o nei punti terminali in cui sono richiesti i connettori, ci sarà sempre un'attenuazione. Queste attenuazioni sono generalmente basse, ma non trascurabili. Come quando c'è un allineamento scorretto tra i nuclei, però questo va corretto per evitare il ritorno delle onde.

Finestre funzionanti in fibra ottica

Queste finestre di lavoro ci permettono di sfruttare parte della banda di luce infrarossa dello spettro elettromagnetico. In questo caso si tratta di finestre in cui le lunghezze d'onda sono dell'ordine dei nanometri. È stato dimostrato in diverse occasioni che quando si opera in queste finestre di lavoro si ha una minore attenuazione. Nello specifico sono presenti tre finestre:

1a finestra di lavoro: la lunghezza d'onda è dell'ordine di novecentottanta nanometri.
2° finestra di lavoro: in questo caso la lunghezza d'onda è di XNUMX nanometri.
3a finestra di lavoro: la lunghezza d'onda è dell'ordine dei millecinquecentocinquanta nanometri. Quest'ultima finestra è suddivisa in banda S, banda C e banda L.

Connessioni in fibra ottica

Ci sono due forme di connessioni in fibra ottica in un sistema di rete. Queste topologie sono reti punto-punto e reti punto-multipunto.

Le reti punto-punto sono quelle in cui un nodo viene generato dalla fonte delle informazioni direttamente alle aziende, all'abitazione o agli utenti che richiedono il servizio. In altre parole, non esiste alcun intermediario o altro nodo sulla rete tra l'utente e il servizio.

Le reti punto-multipunto sono quelle che richiedono uno splitter o separatori ottici, simili a quelle utilizzate per la televisione che ci permettono di collegare diversi televisori anche quando la società via cavo fornisce solo un cavo coassiale. Quindi, dall'emettitore fuoriesce una fibra ottica che divide il segnale attraverso i divisori ottici tra due, quattro, sei e fino a otto utenti. Nelle reti molto ampie, una di queste otto divisioni viene presa per incorporare un altro splitter ottico nella rete che può alimentare altri 8 utenti. Tuttavia, queste divisioni hanno un limite e richiedono amplificatori nel loro percorso.

Amplificatori ottici

Sono ancora costituiti da fibre ottiche ma nel processo di fabbricazione sono drogati con diversi componenti chimici, in particolare terre rare. Uno degli amplificatori in fibra ottica più utilizzati è il drogaggio con erbio.

Questo amplificatore si trova comunemente come EDFA per la sua abbreviazione in inglese. Questo amplificatore opera nella terza finestra di lavoro, in particolare nella banda C e nella banda L. Tuttavia, può funzionare anche nella banda S, ma richiede altri agenti o componenti chimici aggiuntivi.

Il guadagno che fornisce al segnale ottico può essere compreso tra quindici e quaranta decibel. Di solito è costituito da una fibra ottica immagazzinata in un alloggiamento rettangolare e può avere da dieci a sessanta metri di lunghezza della fibra drogata.

Riassunto

La fibra ottica è un mezzo di trasmissione che invia dati attraverso fasci di luce. I principi su cui si basa la fibra ottica sono nelle leggi della geometria ottica, in particolare nella legge della rifrazione.

All'inizio sono stati condotti diversi studi che si completano a vicenda fino a quando è stato possibile sviluppare la fibra ottica che è oggi conosciuta. In questi studi si è osservato che la trasparenza della fibra o del filo d'anima era fondamentale per ridurre le attenuazioni e raggiungere le perdite minime che oggi sono di 0.02dB/Km.

I componenti comunemente realizzati in fibra ottica sono l'ossido di silicio e il germanio. I componenti del rivestimento che ricoprono il nucleo sono generalmente un tipo di plastica. Segue un mantello che fornisce rigidità meccanica che può essere realizzato in Nylon o Kevlar, ed infine una guaina in plastica che protegge l'intero cavo e isola le fibre dagli agenti esterni.

Esistono diversi metodi di produzione che sono:

MCVD (deposizione chimica da vapore modificata)
VAD (deposizione assiale di vapore)
OVD (deposizione da vapore esterno)
PCVD (deposizione da vapore chimico plasmatico)

Indipendentemente dal tipo di metodo utilizzato, è comune tra tutti questi che viene eseguito il processo di stiro della preforma.

Le applicazioni della fibra ottica sono diverse. Nelle comunicazioni, sono diventati uno dei mezzi o linee di trasmissione per eccellenza, grazie alla loro grande larghezza di banda e alla velocità di trasmissione che può raggiungere, e all'affidabilità o sicurezza delle informazioni che questo sistema fornisce. In sensori che consentono di rilevare condizioni o parametri come: temperatura, umidità, pressione atmosferica e anche per sistemi sonar.

Inoltre, viene utilizzato per l'illuminazione, come l'endoscopio flessibile che utilizza le fibre ottiche come mezzo per guidare la luce al fine di illuminare gli organi e poter eseguire interventi chirurgici meno invasivi o più precisi in modo più confortevole. Allo stesso modo, per effetti decorativi come alberi di Natale.

È possibile modificare i colori che una fibra ottica visualizza o riflette variando la lunghezza d'onda o la frequenza che la attraversa.

Alcuni dei vantaggi più importanti della fibra ottica e dei suoi utilizzi sono la larghezza di banda, la velocità di trasmissione che i dati possono raggiungere, l'immunità elettromagnetica, la riduzione dello spazio occupato e del peso e l'elevata sicurezza delle informazioni.

Sebbene d'altro canto si tratti di una tecnologia più avanzata, e quindi più costosa, l'installazione e la manutenzione sono più complesse rispetto ai sistemi convenzionali, sono estremamente fragili e poco tolleranti a temperature, umidità, vibrazioni e allungamenti.

Esistono due tipi di ottiche a seconda della quantità di rumore o modalità che possono trasmettere.

Le fibre multimodali sono quelle che possono inviare diverse lunghezze d'onda contemporaneamente attraverso diverse modalità, da cui il loro nome. Rispetto alle fibre monomodali, le fibre multimodali hanno un nucleo più grande e l'indice di rifrazione tra il nucleo e il rivestimento differisce, ma solo leggermente. Quindi le onde viaggiano nel nucleo rimbalzando sulle pareti del nucleo. Sono utilizzati per percorsi o reti a breve distanza. Di solito è identificato perché la giacca esterna è solitamente arancione.

Le fibre monomodali sono quelle che hanno un solo percorso di trasmissione e il loro nucleo è più piccolo rispetto alle fibre multimodali. La modalità di trasmissione è solitamente l'asse centrale del nucleo, poiché rimbalza ad angoli molto grandi. Di solito sono diversi dai multimodali perché usano una giacca esterna gialla.

Ora, secondo il suo design, ci sono anche due tipi. Le fibre ottiche strutturate in modo lasco sono quelle in cui i trefoli di fibre ottiche sono in modo lasco all'interno dei tubi attraverso i quali sono guidate. Questo tubo può essere cavo o avere al suo interno un materiale idrofobo, in modo da fungere da protezione della fibra ottica contro l'umidità.

Al contrario, i cavi a struttura stretta sono costituiti dall'unione di diversi trefoli in fibra ottica che sono ricoperti singolarmente con un mantello e una guaina. Questi fili circondano un pezzo centrale e questo intero set a sua volta è protetto da uno strato esterno.

In un sistema di comunicazione in fibra ottica ci sono alcuni componenti necessari affinché la trasmissione abbia successo. Tra questi componenti ci sono trasmettitori ottici come LED o Laser, convertitori opto-elettrici che hanno il compito di trasformare i segnali elettrici in ottici da inviare attraverso la fibra e successivamente convertire nuovamente i segnali ottici ricevuti in quelli elettrici. .

Inoltre, ci sono i rilevatori ottici che sono:

PIN
APD
silicio
Germanio
Altri materiali

I tipi di lucidatura dipenderanno dai connettori che si trovano alle estremità della fibra ottica, possono essere classificati in base al loro tipo di lucidatura.

Plano
PC (contatto fisico)
SPC (SuperPC)
CPU (UltraPC)
UPC migliorato
APC (PC angolato)

I connettori sono gli elementi che consentono di collegare la fibra ottica all'apparecchiatura terminale. I connettori comunemente utilizzati nelle fibre ottiche, in particolare per le reti locali, sono i connettori ST, LC, FC e SC.

Giunzione meccanica: questo tipo di giunzione è costituita da una sorta di manicotto in cui vengono introdotte le due fibre e viene effettuata una torsione meccanica per unire le due anime. Le perdite relative a questo tempo di giunzione sono dell'ordine di 0,5 dB.

Giunzione con colle: in questo caso viene applicata una speciale colla trasparente che permette di unire le due estremità della fibra e tale giunzione viene protetta con qualche tipo di rinforzo esterno. Ha perdite di 0.2 dB, ma di solito non è molto affidabile poiché la colla può tendere a staccarsi di nuovo.

Giunzione a fusione: la giuntatrice ha la capacità di visualizzare se le estremità hanno agenti contaminanti o se è necessaria una lucidatura più fine, o se dovrebbe esserci un migliore allineamento tra le fibre. Quindi, procede a riscaldare solo quella zona, sciogliendo la fibra e unendo così i suoi nuclei. Le perdite di questa giunzione sono di 0.02 dB.

Ci sono elementi che forniscono supporto nella struttura e rinforzo del cavo in fibra ottica. Gli elementi strutturali che fungono da guida centrale per il percorso che la fibra ottica deve seguire. La fibra ottica è distribuita lungo questa struttura o intrecciata attorno ad essa. Generalmente, queste strutture hanno canali o scanalature che fungono da guida aggiuntiva per la fibra ottica.

Gli elementi di rinforzo forniscono ulteriore rinforzo al cavo in fibra ottica al fine di isolarlo dalle forze di trazione a cui può essere sottoposto e, inoltre, non si hanno allungamenti significativi che potrebbero generare rotture nei nuclei.

Nelle attenuazioni estrinseche ci sono diverse cause, che sono:

Perdite di assorbimento
Perdita di Rayleigh
dispersioni
Perdite di radiazioni
Perdite di accoppiamento

Conclusioni

La fibra ottica è una linea di trasmissione che ha consentito oggi una maggiore velocità ed efficienza nella trasmissione dei dati. Anche se è una tecnologia che deve fare molta strada per poter sostituire i sistemi convenzionali, a volte è ancora l'opzione migliore per le comunicazioni.

Tuttavia, la fibra ottica è un tipo di tecnologia costosa rispetto ai sistemi convenzionali perché richiede apparecchiature e strumenti ottici che tendono ad essere più costosi. Richiede anche una formazione adeguata per essere in grado di lavorare con la fibra ottica. Inoltre, la sua installazione è solitamente un processo molto delicato, e la presenza di rotture nella fibra potrebbe generare notevoli perdite se non trattata in tempo. Inoltre, alcune apparecchiature devono ancora essere sviluppate in modo che la tecnologia e il sistema siano completamente ottici, poiché, ad esempio, non esistono ancora memorie ottiche.

È comune per le reti in fibra ottica disporre di sistemi di backup come l'anello o il doppio anello, il che consente che in caso di questi incidenti le informazioni possano viaggiare in un'altra direzione, al fine di evitare l'interruzione del servizio per un lungo periodo di tempo mentre la situazione è risolta.

I sistemi in fibra ottica sono molto affidabili perché è praticamente impossibile violare la rete senza essere rilevati o senza interrompere la trasmissione dei dati. Ecco perché è comune vedere fibre ottiche installate sott'acqua tra paesi alleati, dove trasmettono informazioni sensibili e segrete.

Ciò che distingue la fibra ottica dagli altri media nella velocità dei dati e nella capacità di trasmissione. Inoltre, garantisce una minima perdita di informazioni grazie al fatto che ha pochissima attenuazione nel suo elemento principale, rendendo superflua l'installazione di così tante apparecchiature di ripristino e amplificazione all'interno del sistema. Poiché le informazioni viaggiano alla velocità della luce, è stato possibile assistere a una notevole migrazione delle grandi aziende verso questo tipo di tecnologia.