Sommario

Caratteristiche generali

Richiami di ottica

Struttura e realizzazione tecnologica

Apertura numerica

Esercizio di chiarimento

Sommario

Caratteristiche generali

Richiami di ottica

Struttura e realizzazione tecnologica

Apertura numerica

Esercizio di chiarimento

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

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

Vantaggi

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 (0,22,4 dB/km per fibre in silice);

costante rapporto di attenuazione e frequenza;

larga banda di frequenza (0,410 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

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 (0,22,4 dB/km per fibre in silice);

costante rapporto di attenuazione e frequenza;

larga banda di frequenza (0,410 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

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

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.

- angolo di incidenza ()

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 rifrazione

- angolo di riflessione ()

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 ()

- angolo di rifrazione

- angolo di riflessione ()

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

=

legge di rifrazione (di Snell)

cost1

2

nn

sensen

dove n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei due mezzi

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

=

legge di rifrazione (di Snell)

cost1

2

nn

sensen

dove n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei due mezzi

Rifrazione di un raggio da un mezzo menomeno denso ad uno piùpiù denso

>

Rifrazione di un raggio da un mezzo piùpiù denso ad uno menomeno denso

<

Nella propagazione di un raggio da un mezzo più denso ad uno meno denso esiste un valore di per il quale l’angolo di rifrazione vale 90°

Questo angolo è detto angolo di incidenza limite lim

Quando > lim 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 per il quale l’angolo di rifrazione vale 90°

Questo angolo è detto angolo di incidenza limite lim

Quando > lim si ha la riflessione totale del raggio incidente

Angolo di incidenza limite

Tre strati:

- Il nucleo (core) - (50 80 m)

- Il mantello (cladding)

- Il rivestimento primario protettivo (buffer)

Tre strati:

- Il nucleo (core) - (50 80 m)

- 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

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 > lim

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 > lim

Il raggio deve entrare nella fibra con un angolo e tale che risulti > lim

In corrispondenza di lim il raggio rifratto nella fibra forma un angolo di 90°

L’angolo e è quindi il massimo angolo di ingresso possibile e viene chiamato

angolo di accettazione

Angolo di accettazione

Il raggio deve entrare nella fibra con un angolo e tale che risulti > lim

In corrispondenza di lim il raggio rifratto nella fibra forma un angolo di 90°

L’angolo e 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 e

Si definisce apertura numerica la quantità: N.A. = sen e

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 e

Si definisce apertura numerica la quantità: N.A. = sen e

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

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

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:core

cladding

rifr

lim

n

n

sen

sen

90rifr

per cui: 1rifrsen

Quindi:

core

claddinglim n

nsen

cioè:

core

claddinglim n

narcsen

Nel nostro caso:

Per definizione all’angolo limite corrisponde un angolo di rifrazione di 90°

680

481

461,

,

,arcsenlim

Soluzione

Applicando la legge di Snell all’angolo limite si ha:core

cladding

rifr

lim

n

n

sen

sen

90rifr

per cui: 1rifrsen

Quindi:

core

claddinglim n

nsen

cioè:

core

claddinglim n

narcsen

Nel nostro caso:

Per definizione all’angolo limite corrisponde un angolo di rifrazione di 90°

680

481

461,

,

,arcsenlim

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):

sensenn

nsen

aria

coree

1

481,

Osservando che:

lim 90

Si ottiene:

142420 ),(acrseneangolo di accettazione

282 econo di accettazione

24206804811

48190

1

481,,,

,, coscossensen limlime

apertura numerica 2420,.. esenAN Quindi:

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:

lim 90

Si ottiene:

apertura numerica

142420 ),(acrsene

282 e

angolo di accettazione

cono di accettazione

24206804811

48190

1

481,,,

,, coscossensen limlime

2420,.. esenAN Quindi:

sensenn

nsen

aria

coree

1

481,