Panoramica
Questa lezione copre la struttura, il funzionamento, i vantaggi, gli svantaggi e i tipi di fibre ottiche, concentrandosi sulle proprietĂ di trasmissione e sui fenomeni di dispersione.
Struttura e Funzionamento della Fibra Ottica
- Una fibra ottica è un filo di vetro flessibile con un nucleo e un rivestimento, ciascuno con indici di rifrazione differenti.
- La luce proveniente da un LED o da un laser entra nella fibra entro un angolo di accettazione definito e rimane confinata nel nucleo.
Vantaggi e Svantaggi
- Le fibre ottiche sono immuni alle interferenze elettromagnetiche e hanno un'alta capacitĂ di trasmissione (fino a decine di terabit al secondo).
- Hanno una bassa attenuazione (~0,1 dB/km, a seconda della lunghezza d'onda), dimensioni ridotte e basso costo.
- Gli svantaggi includono la difficoltĂ nelle connessioni, la sensibilitĂ alla curvatura e la complessitĂ nella rigenerazione del segnale.
ProprietĂ Fisiche e Leggi di Trasmissione
- Il diametro standard della fibra è di 0,25 mm, raggiungendo 0,25 mm con il rivestimento esterno.
- L'ottica geometrica si applica finché le dimensioni della fibra sono molto maggiori della lunghezza d'onda trasmessa.
- La legge di Snell collega angoli e indici di rifrazione: ( n_1 \sin(\alpha_1) = n_2 \sin(\alpha_2) ).
- La riflessione interna totale si verifica se l'angolo incidente è maggiore dell'angolo critico, intrappolando la luce nel nucleo.
Tipi di Fibra Ottica e Dispersione
- Due tipi principali: multimodale (molteplici modi di propagazione) e monomodale (un solo modo di propagazione).
- I modi sono configurazioni di energia che si propagano nella fibra, derivati dalle equazioni di Maxwell.
- Le fibre multimodali (es. 2,5/125) supportano molti raggi e subiscono dispersione modale dovuta a differenti lunghezze di percorso.
- Le fibre monomodali hanno un nucleo piccolo e evitano la dispersione modale.
- Le fibre a indice gradino hanno un cambiamento netto dell'indice di rifrazione al confine nucleo-rivestimento; le fibre a indice graduato hanno un cambiamento graduale.
- La dispersione modale limita la durata dell'impulso e la velocitĂ massima di trasmissione.
Dispersione Cromatica
- La dispersione cromatica si verifica perché diverse lunghezze d'onda viaggiano a velocità differenti, allargando l'impulso.
- L'uso di sorgenti laser a banda stretta o quasi monocromatiche riduce la dispersione cromatica rispetto ai LED.
Termini Chiave e Definizioni
- Nucleo — La parte centrale della fibra dove viene trasmessa la luce.
- Rivestimento — Lo strato ottico esterno con indice di rifrazione inferiore che circonda il nucleo.
- Attenuazione — Perdita di intensità del segnale per unità di distanza.
- Dispersione modale — Allargamento dell'impulso dovuto a differenti lunghezze di percorso nelle fibre multimodali.
- Dispersione cromatica — Allargamento dell'impulso causato da velocità diverse per differenti lunghezze d'onda.
Azioni / Passi Successivi
- Rivedere i principi dell'ottica geometrica, in particolare la legge di Snell e la riflessione interna totale.
- Confrontare le strutture delle fibre a indice gradino e a indice graduato.
- Comprendere la differenza tra dispersione modale e cromatica.
- Prepararsi a domande sui vantaggi e limiti di trasmissione delle fibre ottiche.