Progettazione della fibra

Come abbiamo visto nel capitolo 1, la fibra ottica ha rivoluzionato il modo in cui il mondo è connesso. È il metodo migliore per trasmettere i dati in modo rapido ed efficiente su lunghe distanze. Ma di cosa è fatta una fibra ottica? Quali proprietà la rendono unica?

Struttura della fibra

Una fibra ottica è essenzialmente un tunnel molto stretto che guida la luce da un punto di partenza alla sua destinazione. Lo fa intrappolando il segnale ottico entro i suoi confini e spingendolo da una estremità trasmittente ad una estremità ricevente. Anche se la fibra è piegata, si perde pochissima luce lungo il percorso.

La fibra stessa è composta da tre strati: il nucleo, il rivestimento interno e la copertura (vedi Figura 1).

Caratteristiche della luce

I colori che vediamo (cioè lo spettro visibile) rappresentano solo una piccola parte delle diverse forme di luce che esistono, ciascuna rappresentata da diverse lunghezze d’onda. In particolare, la luce utilizzata per le comunicazioni ottiche, la luce infrarossa, è in genere invisibile perché la sua lunghezza d’onda è maggiore del limite visibile. Il modo in cui la luce viaggia attraverso la fibra è determinato da molti fattori:

Rifrazione

Questa si riferisce all’incurvarsi di un raggio di luce mentre viaggia da un mezzo di trasmissione a un altro con un indice di rifrazione diverso (vedi Figura 3).

Figura 3

Ritardo di propagazione

I raggi di luce che vengono inviati direttamente attraverso la fibra (Figura 4) viaggiano più velocemente dei raggi il cui percorso forma un angolo rispetto alla direzione di propagazione (Figura 5) poiché questi devono “rimbalzare” per giungere a destinazione, facendo così un percorso più lungo e arrivando più tardi.

Larghezza di banda

Questa è definita come la larghezza della gamma di frequenze che può essere trasmessa da una fibra ottica. In altre parole, è la quantità massima di informazioni che può essere trasmessa su una fibra.

Velocità

La velocità alla quale la luce viaggia all’interno della fibra è determinata anche dagli indici di rifrazione del vetro utilizzato per produrre la fibra.

La luce che entra nella fibra nel lato di trasmissione non è esattamente la stessa luce che esce dalla parte ricevente. Il segnale, infatti, viene trasformato lungo il suo percorso a seconda delle caratteristiche della fibra.

Caratteristiche della fibra

Le proprietà fisiche della fibra possono alterare i segnali ottici che la attraversano in molti modi:

Attenuazione

Questa si riferisce alla perdita di potenza del segnale lungo la fibra a causa di impurità nel vetro. Inoltre, le variazioni nell’uniformità del vetro causano la dispersione della luce, che contribuisce anch’essa all’attenuazione (vedi Figura 6).

Figura 6

Massima potenza

Questa si riferisce alla potenza del segnale che può essere inviata su una fibra.

Polarizzazione

La luce non polarizzata (come la luce solare) vibra su più piani. Il processo di polarizzazione trasforma questa luce in luce polarizzata che vibra su un unico piano.

Dispersione

Ciò si verifica quando un segnale ottico si diffonde mentre viene trasmesso lungo la fibra. Un breve impulso si allunga e alla fine si fonde con l’impulso dietro di esso, rendendo impossibile il recupero di un flusso di bit affidabile.

Rumore

Un vantaggio della fibra è che è immune al rumore proveniente dall’esterno del sistema. Tuttavia, può essere influenzata da molti tipi di rumore dall’interno del sistema stesso.

Comprendere questi concetti è semplicemente la punta dell’iceberg nell’afferrare tutto il potenziale delle fibre ottiche. Non tutte le fibre sono uguali e, come vedremo nel prossimo capitolo, diversi tipi di fibra hanno pro e contro differenti e possono essere più adatti per applicazioni diverse.