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I principi dell'ottica (5.1), Struttura e funzionamento di una fibra…
I principi dell'ottica (5.1)
La fibra ottica usa la luce per trasportare il segnale, la luce è radiazione elettromagnetica con frequenze che cadono nello spettro del visibile, chiamato così perché visibile all'occhio umano
La luce di propaga in linea retta all'interno di un mezzo trasparente omogeneo (con densità costante) e isotropo (la luce ha lo stesso comportamento in tutte le direzioni)
Il raggio incidente sulla superficie forma un piano di incidenza dove c'è anche il riflesso
C'è anche il fenomeno di rifrazione dove da un raggio luminoso incidente hanno origine un raggio riflesso e un raggio rifratto che si trova sul piano di incidenza e forma angolo 0t, esiste un particolare angolo di incidenza 0L per cui se valori di 0i (angolo del raggio incidente che è uguale all'angolo del raggio riflesso), sono maggiori dell'angolo 0L tutta la luce viene riflessa e il fenomeno si chiama riflessione totale, tale angolo 0L è chiamato angolo limite e il suo valore dipende dagli indici di rifrazione (rapporto tra la velocità della luce e la velocità del mezzo n=c/v), dei 2 messi fisici, quindi:
Se il raggio incidente ha un angolo inferiore all'angolo limite, il raggio penetra nel secondo materiale ma subisce una deviazione
Se il raggio incidente ha un angolo maggiore rispetto all'angolo limite, allora viene totalmente riflesso e la superficie si comporta come uno specchio.
Struttura e funzionamento di una fibra ottica (5.2)
La trasmissione della luce con la fibra è basata sul fenomeno della riflessione totale interna che avviene quando la luce va in obliquo sull'interfaccia di separazione tra 2 mezzi, con un angolo superiore all'angolo limite, nella fibra ottica i due mezzi sono due formati di pasta di vetro, (se i raggi che attraversa il core vengono riflessi quando cercano di passare dal core al cladding)
Core: quello interno che ha l'indice di refrazione n1
Cladding: esterno con indice refrazione n2, indice più basso rispetto a quello del core e rivestito con materiale plastico per proteggere il vetro
Il filo di materiale vetroso viene tirato fino ad avere piccolissime dimensioni e da perdere la sua caratteristica di fragilità, ogni cavo è composto da due fibre
Quello per la trasmissione è full-duplex
Le due fibre sono messe in 1 cavo protettivo fino al collegamento con i connettori, un cavo può avere da 2 a 48 fibre
Affinché il raggio rimanga dentro al core conservando la sua energia, va messo in un certo angolo chiamato angolo di accettazione della fibra, l'insieme di questi angoli formano una superficie chiamata cono di accettazione, quando verrà inserito nella fibra dentro il cono di accettazione, queto avrà un angolo maggiore dell'angolo limite e verrà totalmente riflesso
Un raggio che viene messo fuori dal cono di accettazione andrà ad incidere tra core e cladding e formerà un raggio rifratto che si disperderà nel cladding, più è alto l'angolo di accettazione più quantità di energia luminosa verrà introdotta dentro al core
Il sistema di trasmissione ottico (5.4)
Nel sistema a fibra ottica, il trasmettitore converte il segnale elettrico in segnale luminoso, una fibra ottica attraverso la quale transita il segnale luminoso e un ricevitore che trasforma il segnale luminoso in segnale elettrico
Per trasmettere si usano LED o laser che sono sorgenti infrarosse:
LED: sono meno costosi, trasmettono su distanze più brevi e il raggio emesso si allarga rapidamente, uso nelle fibre multimodali
laser: sottile e inteso raggio di luce infrarossa, il raggio è più potente e preciso e si possono raggiungere distanze maggiori, usato nelle fibre monomodali
Per il ricevitore, è un fotodiodo PIN, che trasforma l'impulso luminoso in elettrico (dentro le fibre non ci sono particelle cariche, quindi le fibre non risentono del rumore elettrico e quindi per i mezzi trasmissivi ottici non c'è il problema del rumore
La perdita del segnale è comunque presente e dipende dalla qualità della fibra e dagli elementi interconnessi tra loro, può succedere che ci siano delle imperfezioni nel vetro che causano la dispersione del raggio luminoso, oppure impurità chimiche che assorbono l'energia del segnale e lo convertono in calore e questo può influenzare le distanze della fibra
Un altra causa può essere la non corretta installazione, la fibra non va né tirata, schiacciata o piegata e né messa in curve troppo strette, per questo motivo è in condotta metallica
Le fibre mono e multimodali e i connettori ottici (5.3)
Se il diametro del core è largo da vere più percorsi di luci allora la fibra è chiamata multimodale, le fibre monomodali hanno il core piccolo e la luce può avere solo un percorso
Caratteristiche:
Monomodali:
Passa un solo raggio con un solo angolo quello assiale
Usano come sorgente di luce i raggi laser
core di diametro tra 5 e 10 micrometri e cladding diametro pari a 125 micrometri
Arrivano fino a 3Km, di colore giallo
Mulrimodali:
Passano una varietà di angoli di riflessione dei raggi
usano come sorgente di luce i diodi LED
Core di diametro tra 50 o 62,5 micrometri e il cladding parti a 125 o 140 micrometri
arrivano fino a 2lm , sono di colore arancioni
I connettori a fibre ottiche sono formati da involucri che formano una ghiera adatta a proteggere e mantenere la fibra il modo corretto, e un adattatore per allineare e associare le fibre per creare un punto di connessione, le prime ghiere di accoppiamento chiamate ferule, i tipi principali di connettori sono:
ST: (Straight Tip), Usa un montaggio a baionetta invece che quello a vite, usa una fibra multimode, come FC il suo impiego è stato ridotto negli anni.
LC: (Lucent Connector), ha la ferula più piccola, bassa perdita di inserzione e affidabilità, simile per dimensioni al RJ45, utile per il cablaggio dei data center
FC: (Ferrule Core), ghiera in ceramica con un montaggio in vite arrotondata, costruita in nickel o acciaio, dopo che è stato inserito mantiene la sua posizione con estrema precisione, meno usato da quando ci sono SC e LC.
MPO/MTP: (Multi-fiber Push On/Mechanical Transfer Pull Off), usano da 12 a 96 fibre, riducono gli ingombri, il riconoscimento delle fibre è garantito da una key presente dalle estremità dei connettori
SC: (Subscriber Connector) , è un connettore affidabile, resistente ed economico, ha una ghiera in ceramica per alienare la fibra al suo interno, ha una forma quadrata.