Le Fibre Ottiche
15/10/2013
Willebrord Snel van Royen, latinizzato come
Willebrordus Snellius o semplicemente
Snellius (Leida, 1580 – Leida, 30 ottobre
1626), è stato un matematico, astronomo e
fisico olandese, noto per la legge della
rifrazione detta anche legge di Snell.
La legge di Snell, nota anche come legge di
Descartes o legge di Snell-Descartes (o legge di
Cartesio o legge di Snell-Cartesio), è una
formula che descrive le modalità di rifrazione di
un raggio luminoso nella transizione tra due
mezzi con indice di rifrazione diverso.
La luce si propaga nel vuoto alla velocità costante di:
In qualunque altro mezzo trasparente, la velocità della luce è sempre di poco
inferiore a questo valore.
Nell'acqua è di circa:
nel vetro, invece, è di circa:
Si definisce indice di rifrazione n il rapporto fra la velocità della luce nel vuoto c,
e la velocità della luce v, in un altro mezzo.
Esistono quindi tanti indici di rifrazione n quanti sono i mezzi trasparenti
Luce visibile: 455(violetto) – 700 (rosso) nm.
Rosso:
f= 400-480 Thz
L = 620 – 750 nm
Violetto:
f = 668- 789 Thz
L= 380 – 450 nm
Ogni cavo in fibra ottica e composto da due fibre: una per trasmettere e una per ricevere,
per cui la trasmissione e full-duplex. Le due fibre sono messe in un singolo cavo protettivo
fino all’innesto con i connettori. Un cavo puo avere da 2 a 48 fibre o piu.
Un raggio luminoso, che si propaga in un mezzo trasparente, ad esempio il vetro, con
indice di rifrazione n1 ed incontra un altro mezzo pure trasparente, con indice di
rifrazione n2 diverso, ad esempio minore, come l'aria, viene in parte riflesso ed in parte
rifratto
La prima legge di Snell riguarda la riflessione e dice che il raggio incidente ed il
raggio riflesso formano lo stesso angolo con la normale e sono tutti e tre complanari.
La seconda legge di Snell, invece, riguarda il fenomeno della
rifrazione, e lega l' angolo di incidenza e l'angolo di riflessione, con gli
indici di rifrazione, secondo la formula:
Poiché n1 > n2 , di conseguenza Φ2 > Φ1 , ma senΦ1 può assumere
al massimo il valore di 1, cui corrisponde un angolo di rifrazione di 90°,
cioè praticamente l'assenza di rifrazione.
Rifrazione Fenomeno fisico che si verifica quando un’onda (una radiazione
luminosa, un’onda meccanica o qualunque altra grandezza che si propaghi in modo
ondulatorio) si trova a superare la superficie di separazione tra due mezzi con
proprietà diverse: l’onda non procede sul suo cammino in linea retta, ma viene
deviata di un angolo che dipende dalla sua inclinazione iniziale rispetto alla
superficie di incidenza e dalle proprietà dei mezzi in questione. Il fenomeno, che
riguarda qualunque tipo di onda, è particolarmente studiato per le onde luminose,
nell’ambito dell’ottica geometrica
Si deduce, come conseguenza che, al crescere dell'angolo di incidenza, anche
l'angolo di rifrazione cresce, ma più rapidamente, fino a che, quando il primo
raggiunge il valore detto angolo limite, il secondo raggiunge il valore di 90°, non
dando più luogo a rifrazione.
riflessione totale
quando alla superficie di separazione tra due mezzi diversi l’onda incidente
viene riflessa completamente ed è quindi nulla la componente rifratta. Il
fenomeno si verifica soltanto in condizioni particolari: nel passaggio da un
mezzo più denso a uno meno denso (ad esempio, dall’acqua all’aria) e per
angoli di incidenza maggiori di un angolo limite, caratteristico di ciascun
mezzo. 79,5 gradi per le fibre ottiche, silice drogato.
FIBRE MULTIMODALI
Core 50-65 µm
Cladding 125-140 µm
LED
2 km attenuazione
Onde da 850-1300 nm (infrarosso)
FIBRE MONOMODALI
Solo un percorso di luce
Core 5 – 10 µm
Cladding 125 µm
Laser
3 km
Onda da 1550 nm (infrarosso)
Inizialmente per la trasmissione in fibra si usava la luce visibile,
anche perché veniva più semplice lavorare con raggi visibili piuttosto
che con raggi invisibili, ma successivamente, nel tentativo continuo
della tecnica di migliorare le prestazioni dei sistemi di
telecomunicazioni, si effettuarono esperimenti con raggi ultravioletti
ed infrarossi, e si osservò che l'attenuazione degli infrarossi era
minore di quella della luce visibile all'interno delle fibre ottiche.
DISPERSIONE MODALE
DISPERSIONE MODALE: si verifica quando alcuni raggi si riflettono a arrivano
a destinazione più tardi rispetto a quelli non riflessi. Aumenta con la distanza.
Per evitare questo problema si utilizza un cavo con un core e cladding con indice di
rifrazione diverso, il quale varia gradatamente (graded index) in modo da curvare
(raddrizzando) i raggi riflessi verso l’esterno della fibra e farli arrivare allo stesso
tempo di quelli centrali. Inoltre la parte centrale (core) è più densa e quindi rallenta la
luce.
DISPERSIONE CROMATICA frequenze diverse, che vengono separate
da un prisma di vetro, perché, attraversando il vetro, vengono rallentate in modo
diverso e quindi deviate in modo diverso.
Tutto ciò perché, quindi, la velocità della luce all'interno del vetro è leggermente
diversa al variare della frequenza.
Anche l'impulso luminoso immesso nella fibra ottica è formato, in genere, da una
banda di frequenza, che pertanto è soggetta a sia pur piccole differenze di
velocità nell'attraversare il vetro della fibra.
fiber is much lighter than
copper. One thousand
twisted pairs 1 km long
weigh 8000 kg.
Fibers have more capacity
and weigh only 100 kg, which
reduces the need for
expensive mechanical
support systems that must be
maintained.
