Principi delle comunicazioni in fibra ottica
Le tecniche di comunicazione digitale discusse finora hanno portato al progresso nello studio delle comunicazioni sia ottiche che satellitari. Diamo un'occhiata a loro.
Fibra ottica
Una fibra ottica può essere intesa come una guida d'onda dielettrica, che opera a frequenze ottiche. Il dispositivo o tubo, se piegato o terminato per irradiare energia, è chiamato awaveguide, in generale. L'immagine seguente mostra un mucchio di cavi in fibra ottica.
L'energia elettromagnetica viaggia attraverso di essa sotto forma di luce. La propagazione della luce, lungo una guida d'onda, può essere descritta in termini di un insieme di onde elettromagnetiche guidate, chiamate comemodes della guida d'onda.
Principio di funzionamento
Un parametro ottico fondamentale di cui si dovrebbe avere un'idea, mentre si studia la fibra ottica lo è Refractive index. Per definizione, “Il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e quella nella materia è l'indice di rifrazionendel materiale. " È rappresentato come:
$$ n = \ frac {c} {v} $$
Dove,
c= la velocità della luce nello spazio libero = 3 × 10 8 m / s
v = la velocità della luce in materiale dielettrico o non conduttore
Generalmente, per un raggio di luce viaggiante, reflectionavviene quando n 2 <n 1 . L'inclinazione del raggio luminoso all'interfaccia è il risultato della differenza nella velocità della luce in due materiali che hanno indici di rifrazione differenti. La relazione tra questi angoli all'interfaccia può essere definita comeSnell’s law. È rappresentato come:
$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$
Dove,
$ \ phi _1 $ è l'angolo di incidenza
$ \ phi _2 $ è l'angolo di rifrazione
n 1 e n 2 sono gli indici di rifrazione di due materiali
Per un materiale otticamente denso, se la riflessione avviene all'interno dello stesso materiale, allora un tale fenomeno viene chiamato come internal reflection. L'angolo incidente e l'angolo di rifrazione sono mostrati nella figura seguente.
Se l'angolo di incidenza $ \ phi _1 $ è molto maggiore, l'angolo di rifrazione $ \ phi _2 $ in un punto diventa Π / 2. Ulteriore rifrazione non è possibile oltre questo punto. Quindi, un tale punto è chiamato comeCritical angle $\phi _c$. Quando l'angolo incidente $ \ phi _1 $ è maggiore dell'angolo critico, la condizione pertotal internal reflection è soddisfatto.
La figura seguente mostra chiaramente questi termini.
Un raggio luminoso, se passato in un bicchiere, in tali condizioni, viene totalmente riflesso nel vetro senza che la luce fuoriesca dalla superficie del vetro.
Parti di una fibra
La fibra ottica più comunemente usata è single solid di-electric cylinder di raggio ae indice di rifrazione n 1 . La figura seguente spiega le parti di una fibra ottica.
Questo cilindro è noto come Coredella fibra. Un solido materiale dielettrico circonda il nucleo, chiamato comeCladding. Il rivestimento ha un indice di rifrazione n 2 che è inferiore a n 1 .
Il rivestimento aiuta a -
- Riduzione delle perdite di dispersione.
- Aggiunge resistenza meccanica alla fibra.
- Protegge il nucleo dall'assorbimento di contaminanti superficiali indesiderati.
Tipi di fibre ottiche
A seconda della composizione del materiale del nucleo, ci sono due tipi di fibre comunemente usate. Sono -
Step-index fiber - L'indice di rifrazione del nucleo è uniforme in tutto e subisce un brusco cambiamento (o gradino) al confine del rivestimento.
Graded-index fiber - L'indice di rifrazione del nucleo è fatto variare in funzione della distanza radiale dal centro della fibra.
Entrambi sono ulteriormente suddivisi in:
Single-mode fiber - Questi sono eccitati dal laser.
Multi-mode fiber - Questi sono eccitati dal LED.
Comunicazioni in fibra ottica
Il sistema di comunicazione della fibra ottica è ben compreso studiandone le parti e le sezioni. Gli elementi principali di un sistema di comunicazione in fibra ottica sono mostrati nella figura seguente.
I componenti di base sono il trasmettitore del segnale luminoso, la fibra ottica e il ricevitore di rilevamento foto. Gli elementi aggiuntivi come giunzioni e connettori di fibre e cavi, rigeneratori, divisori di fasci e amplificatori ottici vengono impiegati per migliorare le prestazioni del sistema di comunicazione.
Vantaggi funzionali
I vantaggi funzionali delle fibre ottiche sono:
La larghezza di banda di trasmissione dei cavi in fibra ottica è superiore a quella dei cavi metallici.
La quantità di trasmissione dati è maggiore nei cavi in fibra ottica.
La perdita di potenza è molto bassa e quindi utile nelle trasmissioni a lunga distanza.
I cavi in fibra ottica offrono un'elevata sicurezza e non possono essere intercettati.
I cavi in fibra ottica sono il modo più sicuro per la trasmissione dei dati.
I cavi in fibra ottica sono immuni alle interferenze elettromagnetiche.
Questi non sono influenzati dal rumore elettrico.
Vantaggi fisici
I vantaggi fisici dei cavi in fibra ottica sono:
La capacità di questi cavi è molto superiore a quella dei cavi in rame.
Sebbene la capacità sia maggiore, la dimensione del cavo non aumenta come nel sistema di cablaggio con fili di rame.
Lo spazio occupato da questi cavi è molto inferiore.
Il peso di questi cavi FOC è molto più leggero di quelli in rame.
Poiché questi cavi sono dielettrici, non sono presenti rischi di scintille.
Questi cavi sono più resistenti alla corrosione dei cavi in rame, poiché si piegano facilmente e sono flessibili.
La materia prima per la produzione di cavi in fibra ottica è il vetro, che è più economico del rame.
I cavi in fibra ottica durano più a lungo dei cavi in rame.
Svantaggi
Sebbene le fibre ottiche offrano molti vantaggi, presentano i seguenti inconvenienti:
Sebbene i cavi in fibra ottica durino più a lungo, il costo di installazione è elevato.
Il numero di ripetitori deve essere aumentato con la distanza.
Sono fragili se non racchiusi in una guaina di plastica. Quindi, è necessaria una maggiore protezione rispetto a quelle in rame.
Applicazioni della fibra ottica
Le fibre ottiche hanno molte applicazioni. Alcuni di loro sono i seguenti:
Utilizzato nei sistemi telefonici
Utilizzato nelle reti via cavo sottomarine
Utilizzato nel collegamento dati per reti di computer, sistemi CATV
Utilizzato nelle telecamere di sorveglianza CCTV
Utilizzato per collegare vigili del fuoco, polizia e altri servizi di emergenza.
Utilizzato in ospedali, scuole e sistemi di gestione del traffico.
Hanno molti usi industriali e utilizzati anche per costruzioni pesanti.