Riflessione interna totale:
- Il principio fondamentale alla base della comunicazione in fibra ottica è la riflessione interna totale. Quando la luce viaggia da un mezzo più denso (come vetro o plastica) a un mezzo meno denso (come l'aria), subisce riflessione se colpisce il confine tra i due mezzi con un angolo maggiore dell'angolo critico.
- Nelle fibre ottiche, il segnale luminoso è guidato attraverso il nucleo da molteplici riflessioni interne totali provenienti dall'interfaccia nucleo-rivestimento. Il rivestimento è un materiale che circonda il nucleo con un indice di rifrazione inferiore, garantendo che la luce rimanga confinata all'interno del nucleo.
Indice di rifrazione:
- L'indice di rifrazione è una misura di quanta luce viene deviata quando passa da un mezzo all'altro. Il materiale del nucleo di una fibra ottica ha un indice di rifrazione più elevato rispetto al rivestimento, il che fa sì che la luce venga riflessa nel nucleo in corrispondenza dell'interfaccia nucleo-rivestimento.
Dispersione:
- La dispersione si riferisce alla diffusione dei segnali luminosi mentre si propagano attraverso una fibra ottica. Diverse lunghezze d'onda della luce viaggiano a velocità leggermente diverse all'interno della fibra, portando a un fenomeno chiamato dispersione cromatica. Inoltre, diverse modalità di luce (cioè i percorsi seguiti dai raggi luminosi) possono subire tempi di percorrenza diversi, con conseguente dispersione modale.
- La dispersione limita la larghezza di banda e la distanza di trasmissione dei cavi in fibra ottica ed è un fattore significativo considerato nella progettazione e nell'ingegnerizzazione dei sistemi in fibra ottica.
Attenuazione:
- I cavi in fibra ottica subiscono una perdita di segnale dovuta a vari fattori quali impurità, imperfezioni dei materiali e dispersione. Questa perdita viene definita attenuazione e viene misurata in decibel per chilometro (dB/km).
- Per superare l'attenuazione e garantire una trasmissione affidabile dei dati, lungo i collegamenti in fibra ottica estesi vengono utilizzati amplificatori o ripetitori ottici a intervalli regolari per amplificare i segnali ottici e compensare la perdita di segnale.
Fibre monomodali e multimodali:
- Le fibre ottiche sono classificate in due tipi principali:fibre monomodali e fibre multimodali.
- Le fibre monomodali hanno un diametro del nucleo ridotto che consente la propagazione di una sola modalità di luce, riducendo così al minimo la dispersione modale e consentendo la trasmissione di dati ad alta velocità su lunghe distanze.
- Le fibre multimodali hanno diametri centrali più grandi e possono supportare più modalità di propagazione della luce. Vengono generalmente utilizzati per distanze più brevi o applicazioni in cui non sono richieste velocità dati elevate.
Finestre ottiche:
- I cavi in fibra ottica funzionano entro specifici intervalli di lunghezze d'onda noti come finestre ottiche. Queste finestre corrispondono a regioni a bassa attenuazione e sono cruciali nel determinare le caratteristiche di trasmissione e le prestazioni dei sistemi in fibra ottica.
- Le finestre ottiche comunemente utilizzate sono:
- Prima finestra (banda O):1260-1360 nm
- Seconda finestra (banda E):1530-1565 nm
- Terza finestra (banda S):1800-1900 nm
- Quarta finestra (banda C):1565-1625 nm
- Quinta finestra (banda L):1565-1625 nm
Comprendendo questi principi, i cavi in fibra ottica hanno rivoluzionato le reti di comunicazione e forniscono le basi per Internet ad alta velocità, trasmissione dati e varie applicazioni nelle telecomunicazioni, nella medicina e nella tecnologia dei sensori.
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