POF (Polymer Optical Fibre)

FIBRE OTTICHE “DI PLASTICA”
POF (Polymer Optical Fibre)
Le plastiche adatte per fare le fibre sono quelle che non hanno idrogeno nella
struttura e che sono formate da molecole relativamente piccole.
La fibra ottica POF standard è realizzata con il polimero PMMA (Polymethylmetha-acrylate - Plexiglass®), ha un profilo di tipo step-index, un diametro del
core di 980 mm ed un cladding (PMMA fluorato) “sottile”, così da ottenere un
diametro totale di 1 mm.
Valori tipici dei parametri di questa fibra sono:
ncore=1.49 ncladding=1,40 NA = 0.50-0.55
angolo di accettazione Q = 30°
FIBRE OTTICHE POF
I principali materiali polimerici
- PMMA (~PLEXIGLASS)
– Attenuazione di circa 130 dB/Km
– Funziona prevalentemente a 650 nm
– Collegamenti fino a circa 50 m
- PERFLUORINATE (~TEFLON AF, CYTOP)
– Attenuazione fino a circa 20 dB/Km
– Funziona a 650, 850 e 1300 nm
– Collegamenti fino a circa 1 Km
FIBRE OTTICHE “DI PLASTICA”
POF (Polymer Optical Fibre)
Le POF offrono diversi vantaggi:
- flessibilità e facilità nel maneggiare le fibre;
- robustezza meccanica;
- disponibilità di connettori plastici a basso costo;
- riduzione dei costi di installazione;
- capacità di tollerare elevati angoli di piegatura (fino a 90°);
- capacità di funzionare anche a temperature estreme (-55° e +95° C);
- resistenza chimica e termica notevole.
Disponibilità di sorgenti a basso costo (LED e VCSEL)
Molto usate nell’elettronica di consumo
FIBRE POF (Larghezza di banda)
Dato che la fibra ottica SI-POF è fortemente multimodale, presenta una larghezza
di banda molto ridotta.
A differenza delle fibre ottiche in silice, non è disponibile una formula semplice per
determinare la larghezza di banda di questo canale ottico: di norma si considera il
parametro MHz∙km e si forniscono valori ottenuti sperimentalmente.
A causa della dispersione, modale e cromatica, quando un impulso si propaga in
fibra si “allarga temporalmente”. Nell’ipotesi di impulso gaussiano, l’allargamento
Dt può essere determinato mediante la misura dell’ampiezza, a metà altezza
(FWHM), degli impulsi in uscita tout e in ingresso tin alla fibra:
2
2
Δt  t out
 t in
Nel caso di impulsi gaussiani, il prodotto banda-lunghezza B∙L risulta
approssimativamente espresso dalla seguente relazione
B L 
0.44
L
Dt
essendo L la lunghezza della fibra
FIBRE POF (Larghezza di banda)
Se si considera la dispersione modale il ritardo differenziale Dtmod può essere
calcolato a partire dai parametri fisici della fibra ottica, risultando
Δt mod
L n core

D
c
in cui
NA 2
Δ 2
2n core
rappresenta la differenza relativa di indice di rifrazione.
Nel caso di una fibra POF PMMA standard con NA=0.5, risulta un prodotto pari
a circa 15 MHz ∙100 m, tuttavia molti fattori possono modificare tale valore: la
lunghezza di accoppiamento modale, le condizioni di lancio (NA di lancio),
l’attenuazione dipendente dai modi, la conversione modale dovuta, ad
esempio, da curvature o effetti di scattering.
FIBRE POF (Larghezza di banda)
Si può dimostrare che, considerando gli
effetti precedenti, è possibile ottenere,
mediante un opportuno progetto della
fibra, i valori di B∙L riportati in tabella in
cui la fibra SI-POF standard è
confrontata con altre fibre POF:
- DSI-POF, Double Step Index POF;
- GI-POF, Graded Index POF;
- MSI-POF, Multi Step Index POF;
- MC-SI-POF, Multi Core Step Index
POF;
-MC-DSI-POF, Multi Core Double Step
Index POF.
Le fibre DSI-POF hanno due claddings
con indice decrescente; le GI-POF
presentano un indice variabile, ad
esempio di tipo parabolico; le MSI-POF
hanno diversi strati con differente indice
di rifrazione, il cui valore presenta un
andamento asintotico di tipo parabolico,
sia pure a “passi discreti”.
FIBRE POF (Attenuazione)
L’attenuazione rappresenta un altro limite rilevante delle fibre SI-POF.
Anche in questo caso è determinata da cause intrinseche ed estrinseche.
L’attenuazione di natura intrinseca è determinata dal materiale
(assorbimento dovuto a transizioni elettroniche e a vibrazioni molecolari)
mentre l’attenuazione estrinseca è determinata da imperfezioni ed
impurezze della fibra.
In figura è mostrato l’andamento dell’attenuazione in funzione di l : si
individuano quattro regioni dello spettro visibile: 475 nm (BLUE), 520 nm
(GREEN), 570 nm (YELLOW) e 650 nm (RED).
FIBRE POF (Attenuazione)
Nel caso delle fibre perfluorinate si può lavorare in un intervallo di
lunghezze d’onda piuttosto ampio (650,850,1300 nm).
Fibre POF CYTOP
Fibre POF PMMA
FIBRE POF (Attenuazione)
La “finestra” più impiegata è quella RED, anche se non corrisponde all’attenuazione
più bassa, come mostrato nella Tabella seguente.
Il motivo principale di tale scelta è dovuto al fatto che sono disponibili sul mercato,
a prezzi contenuti, laser, LED e fotodiodi di buona qualità operanti nella finestra
RED. LA finestra GREEN è stata usata a livello sperimentale e il limite principale
al suo impiego è rappresentato dalla disponibilità commerciale di LED ma non di
laser.
La Tabella successiva riporta valori tipi per POF relativamente la banda e
all’attenuazione
FIBRE POF – Esempio di sistema (1)
FIBRE POF – Esempio di sistema (2)
FIBRA OTTICA Mitsubishi ESKA EXTRA EH4001 139 dB/km @ 652 nm
DIODO LASER Philips CQL82 (l = 652 nm; Ibias = 36 mA @ 17°C)
FOTODIODO (Si) AEG-Telefunken BPW89 (CT=4.9 pF @ Vreverse=20 V ;
R=0.4 A/W @ 650 nm )
Accoppiamento diodo laser-POF-fotodiodo effettuato mediante LENTI
SFERICHE
Potenza ottica media accoppiata in modulazione (NA=0.11)  -1.7 dBm (0,68
mW)
Bit-Rate 265 Mbit/s
Sensibilità del ricevitore  -22.1 dBm @ BER=10-9