Speed of light
Chiappella Davide 5BET
Introduzione
In questo testo multimediale si è
cercato di ricreare uno schema
semplificato di comunicazione
attraverso l’uso delle fibre ottiche
Schema a Blocchi
IN
OUT
Trasduttore
acusticoelettrico
Sorgente del
segnale ottico
Ricevitore
del segnale
ottico
Trasduttore
elettroacu
stico
Step 1
Microfono
Un microfono è un trasduttore elettroacustico, cioè un
dispositivo in grado di trasformare le vibrazioni
sonore contenenti un’informazione acustica. Il
microfono è uno dei migliori trasduttori
elettroacustici, il quale trasforma le variazioni di
pressione che le oscillazioni delle onde sonore
producono nel mezzo di propagazione (di solito si
tratta di aria), in segnale elettrico (una tensione o una
corrente).
Un trasduttore è un dispositivo che fornisce in uscita una
grandezza elettrica in funzione della grandezza fisica
da rilevare (nel nostro caso un suono).
Microfoni a
carbone
Step 2
Emettitori di luce
Nel campo delle telecomunicazioni le sorgenti ottiche
utilizzate per la trasmissione di segnali ottici sono
principalmente dispositivi a semiconduttore. Tali
dispositivi sono di due tipi: diodi emettitori di luce
(LED, Light Emitting Diode) e diodi ad
amplificazione luminosa per emissione stimolata di
radiazione (LASER, Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation) e si basano su
fenomeni di emissione della radiazione
elettromagnetica.
Diodi led
I diodi led sono diodi in grado di emettere luce quando
vengono percorsi da una corrente diretta
sufficientemente elevata
Tra i fattori positivi per i quali i LED vengono impiegati nei sistemi di trasmissione ottica vi sono:
·
semplicità di fabbricazione;
·
basso costo;
·
alta affidabilità;
·
buona linearità della caratteristica corrente/potenza;
·
semplicità dei circuiti elettrici di pilotaggio;
·
relativa insensibilità a variazioni della temperatura;
mentre, per contro, tra i principali inconvenienti vi sono:
·
bassa potenza lanciata in fibra (decine di W);
·
largo spettro di emissione (12-17 THz);
Diodi laser
La struttura del diodo laser è molto differente da qualsiasi diodo LED
anche se è facile confondersi con il tipo di luce emessa.
Il diodo LED emette una luce non coerente cioè una luce dispersiva e
spontanea mentre il diodo laser emette una luce coerente e
stimolata cioè molto facile da concentrare (con appropriate lenti),
è possibile quindi avere un fascio con pochissima deviazione
anche per kilometri di distanza
Il solo difetto che un d. laser ha è che la sua luce è fortemente divergente e
ovalizzata, a differenza del tubo laser che esce molto concentrata e circolare.
Per correggere il difetto è necessario collimare il d. laser con appropriate lenti.
Step 3
Trasmissione
fibre ottiche
La trasmissione all’interno di una fibra ottica è analoga a
quella delle guide d’onda, solo che in questo caso i
dati trasmessi sono impulsi ottici
Le prestazioni delle fibre ottiche sono di gran lunga superiori a quelle dei cavi coassiali
che le hanno precedute nello stesso impiego fino a venti anni fa, infatti sono in grado,
ad esempio, di trasferire 12.000 telefonate contemporaneamente in una sola fibra.
Struttura
Le fibre ottiche sono costituite da una parte centrale detta
core (nucleo) ed una parte esterna detta cladding
(mantello) realizzate in silice (SiO2), che è il
costituente principale del comune vetro, e da una
guaina protettiva in PVC come indicato in figura.
Monomodo
Multimodo
Proprietà trasmissive
Possiamo considerare una fibra ottica come una guida
d'onda di forma cilindrica, caratterizzata dal fenomeno
di propagazione della radiazione luminosa. Tale
fenomeno si basa sulla variazione dell'indice di
rifrazione all'interno del materiale dielettrico.
n = c/v
n = c/v
Legge di Snell:
Un raggio luminoso che incide su una superficie di interfaccia tra due mezzi di indici
diversi (n1 > n2) viene in parte riflesso e in parte rifratto o trasmesso, secondo la nota
legge di Snell (o legge dei seni): n1*sen1 = n2*sen2
Step 4
Fotorivelatori
I fotorivelatori sono dispositivi che producono una
corrente elettrica proporzionale all'intensità della
radiazione luminosa che incide sull'area attiva dei
medesimi. Il funzionamento dei rivelatori di segnali
ottici si basa sul meccanismo di assorbimento della
radiazione elettromagnetica da parte della materia
Fotodiodi PIN
Il PIN è un fotodiodo costituito da una giunzine p-n modificata
con l’ introduzione di una regione intermedia intrinseca, cioè
non drogata, a cui viene affacciata la parte del terminale
della fibra ottica di linea. Applicando unna tensione di
polarizzazione inversa V, si ha un aumento della zona di
carica spaziale in prossimità delle due giunzioni, che
impedisce il passaggio e di conseguenza la circolazione di
corrente.Il funzionamento del dispositivo è basato sull’
effetto fotovoltaico. I fotoni in arrivo della fibra, incidono la
superficie del fotorivelatore, se dotati di un’energia
superiore a quella corrisponndente al GAP, permettono gli
elettroni della banda di valenza di passare nella Banda di
Conduzione, determinando così la formazione nella zona
intrinseca di coppie elettrone-lacuna disponibili per il
movimento di cariche. A causa della polarizzazione inversa
le lacune vengono attratte nella zona P e gli elettroni nella
zona N, determinanndo la circolazione di una corrente
elettrica propozionale alla potenza ottica incidente.
Step 5
Altoparlanti
Gli altoparlanti sono degli elementi incaricati di
trasformare i segnali elettrici che ricevono in onde
sonore udibili dall’orecchio umano. Sono, pertanto,
dei trasduttori elettroacustici che svolgono la loro
funzione grazie al movimento di una membrana
azionata da un dispositivo elettromagnetico o
elettrostatico. E’ un componente che non si è molto
evoluto col passare del tempo, benché attualmente la
sua tecnologia si sia assai sviluppata con
l’introduzione di nuovi materiali e processi di
fabbricazione.
Fine
