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,
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