-
Maggio 1996
Fibre- 1 Copyright: si veda nota a pag. 2
LE FIBRE OTTICHE
Pietro [email protected]
Silvano [email protected]
http://www.polito.it/~silvano
-
Maggio 1996
Fibre- 2 Copyright: si veda nota a pag. 2
Nota di CopyrightQuesto insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggisul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed icopyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine,fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degliautori indicati a pag. 1.Le slides possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti diricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzionee al Ministero dell’Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopiistituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcunaautorizzazione.Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, leriproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o inparte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da partedegli autori.L’informazione contenuta in queste slides è ritenuta essere accurata alla datadella pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non peressere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa èsoggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcunaresponsabilità per il contenuto di queste slides (ivi incluse, ma nonlimitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamentodell’informazione).In ogni caso non può essere dichiarata conformità all’informazione contenutain queste slides.In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deveessere riportata anche in utilizzi parziali.
-
Maggio 1996
Fibre- 3 Copyright: si veda nota a pag. 2
Struttura di una fibra otticaÈ un minuscolo e flessibile filo di materialevetroso:
una parte interna detta nucleo (core)una parte esterna detta mantello (cladding)core e cladding hanno indici di rifrazione diversiper confinare la luce all’interno del core
CORE
CLADDING
RIVESTIMENTO PRIMARIO
GUAINA PROTETTIVA
-
Maggio 1996
Fibre- 4 Copyright: si veda nota a pag. 2
CaratteristicheLe fibre ottiche sono unicamente adatte acollegamenti punto a punto, non essendopossibile prelevare o inserire il segnale inun punto intermedioTotale immunità ai disturbi elettromagneticiCaratterizzate da due numeri n/m dove:
n diametro della parte interna conduttrice di lucem diametro della parte esterna
Valori tipici in micronmultimodali 50/125, 62.5/125, 100/140monomodali 8-10/125
-
Ottobre 1996
Fibre- 5 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cenni di propagazione guidataLa propagazione all’interno delle fibreottiche avviene per riflessioni successiveUn ruolo chiave è giocato dall’indice dirifrazione indicato con n:
il core e il cladding avendo indici di rifrazionediversi riflettono la luce secondo le leggidell’ottica geometrica (legge di Snell)nel core la velocità di propagazione èinversamente proporzionale all’indice di rifrazione
Al ridursi delle dimensioni del core:l’ottica geometrica diventa insufficiente aspiegare il funzionamento delle fibresi adotta la teoria delle guide d’onda
-
Maggio 1996
Fibre- 6 Copyright: si veda nota a pag. 2
La legge di Snell
n1 sinαα1 = n2 sinαα2
indice di rifrazione n1
αα2
αα1indice di rifrazione n2
Su
perficie d
isep
arazion
e
n1 > n2
-
Maggio 1996
Fibre- 7 Copyright: si veda nota a pag. 2
La legge di SnellNelle fibre ottiche l’indice di rifrazione n1(core) è maggiore di n2 (cladding)La legge di Snell dimostra che per valoridell’angolo di incidenza superiori a:
ααc = sin-1(n2/n1) detto angolo critico, si hariflessione totale
Valori tipici per le fibre ottiche:n2 = 1.475n1 = 1.5ααc = 79.5 gradi
-
Maggio 1996
Fibre- 8 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cono di accettazione
NA = sin θ
Raggio personel mantello
Cono di accettazione
θ = massimo angolo di accettazione
Raggio fuori dal conodi accettazione
θ
θθ = 90 - ααc
-
Maggio 1996
Fibre- 9 Copyright: si veda nota a pag. 2
Modi di PropagazioneIn generale in una fibra ottica la luce ha piùmodi di propagazione (dispersione modale)che limitano la bandaNelle fibre ottiche multimodali la luce sipropaga con diversi percorsi o modi
esistono due tipi diversi di fibre multimodali:step-index (oggi non più utilizzate)graded-index (utilizzate tipicamente nelle retilocali)
Nelle fibre ottiche monomodali la luce sipropaga in un solo modo
-
Maggio 1996
Fibre- 10 Copyright: si veda nota a pag. 2
Fibre multimodali step-indexLa variazione degli indici di rifrazione tracladding e core è brusca e causa moltadispersione modale
Impulso iningresso
Impulso inuscita
T1 T2
M1
M4M3
M2
M1
M2M3M4
-
Maggio 1996
Fibre- 11 Copyright: si veda nota a pag. 2
Fibre multimodali graded-indexLa variazione continua degli indici dirifrazione rallenta i raggi più centrali
Le fibre graded-index hanno una banda passantemolto superiore a quelle step-indexLavorano in 1a e 2a finestra (850 e 1300 nm)
-
Ottobre 1996
Fibre- 12 Copyright: si veda nota a pag. 2
Fibre monomodali
La fibra si comporta come una guida d’ondaammettendo una sola modalità dipropagazione:
non si ha dispersione modalela banda passante è elevatissima, dell’ordine dicentinaia di GHz . Kmlavorano in 2a e 3a finestra (1300 e 1500 nm)
-
Maggio 1996
Fibre- 13 Copyright: si veda nota a pag. 2
Tipi di trasmissione
Sulle fibre ottiche si usano due diversemodalità di trasmissione:
sulle fibre multimodali si trasmette con LED chesono poco costosisulle fibre monomodali si trasmette con Laser chesono più costosi dei LED, ma si coprono distanzemaggiori a velocità maggiori
-
Maggio 1996
Fibre- 14 Copyright: si veda nota a pag. 2
InterconnessioneLa difficoltà di interconnettere fibre otticheaumenta al diminuire delle dimensioni delcore.
10/125 50/125
-
Ottobre 1996
Fibre- 15 Copyright: si veda nota a pag. 2
Finestre di utilizzo
15251300900455 700
I finestra II finestra III finestra
Lucevisibile
10
5
2
1
0.5
AttenuazionedB/Km
lunghezzad'onda
nm
* In II finestra con i laser si arriva a 1GHz . Kmsu multimodalee 10 GHz . Kmsu monomodale
I finestra 800 - 900 nm 150 MHz . KmII finestra 1250 - 1350 nm 500 MHz . Km*III finestra 1500 - 1550 nm 100 GHz . Km
-
Maggio 1996
Fibre- 16 Copyright: si veda nota a pag. 2
Fibra a specifiche ISO/IEC 11801Caratteristiche minime richieste dallostandard ISO/IEC 11801 riferite alla fibraottica multimodale 62.5/125 µµm:
Lunghezza Attenuazione Bandad'onda massima passante(nm) (dB/Km) (MHz . Km)
850 3.5 200
1300 1.0 500
-
Maggio 1996
Fibre- 17 Copyright: si veda nota a pag. 2
Fibra a specifiche TIA/EIA 568ACaratteristiche minime richieste dallostandard TIA/EIA 568A riferite alla fibraottica multimodale 62.5/125 µµm:
Lunghezza Attenuazione Bandad'onda massima passante(nm) (dB/Km) (MHz . Km)
850 3.75 160
1300 1.5 500
-
Maggio 1996
Fibre- 18 Copyright: si veda nota a pag. 2
I cavi in fibra otticaA seconda della diversa metodologiacostruttiva utilizzata si identificano treprincipali famiglie di cavi in fibra ottica:
Cavi di tipo tight, suddidivisi in:cavi multimonofibracavi multifibra
Cavi di tipo looseCavi di tipo slotted core
-
Maggio 1996
Fibre- 19 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cavi di tipo tightCaratteristiche:
hanno le guaine protettive aderenti alla fibrapossono essere direttamente terminati condiversi connettori: ST, SC, FC-PC, ecc.
Vengono utilizzati per installazioni in luoghiinterniSi suddividono in due famiglie:
cavi multimonofibracavi multifibra
-
Maggio 1996
Fibre- 20 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cavi multimonofibraCavi molto robusti (massimo 8 fibre)
ogni singola fibra può avere un rivestimento di2 ÷ 3 mm di diametro
Fibra otticadiametro esterno 250 mm
250 µm = 125 µm + rivestimento primario
Elemento centraledielettrico
GuainaToxfree o Low-smoke-fume
Filati aramidici
Rivestimento aderentediametro esterno 0.9 mm
diametro esterno da 2 ÷ 3 mm
-
Maggio 1996
Fibre- 21 Copyright: si veda nota a pag. 2
Bretelle otticheLe bretelle ottiche servono per effettuare lepermutazioni tra gli apparati attivi ed ipannelli di terminazione
utilizzano un cavo multimonofibra a due fibre,chiamato anche cavo bifibra
Fibra otticadiametro esterno 250 mm
250 µm = 125 µm + rivestimento primario
GuainaToxfree o Low-smoke-fume
Filati aramidici
Rivestimento aderentediametro esterno 0.9 mm diametro esterno da 2 ÷ 3 mm
-
Ottobre 1996
Fibre- 22 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cavi multifibraUsati come cavi di dorsale perchèpermettono una maggiore densità di fibre(massimo 32)
ogni singola fibra ha un rivestimento aderentecon un diametro esterno di 0.9 mmper rendere robusto il cavo si impiega unaprotezione metallica o dielettrica
Elemento centraledielettricoFilati aramidici
Rivestimento aderentediametro esterno 0.9 mm
Fibra otticadiametro esterno 250 mm
250 µm = 125 µm + rivestimento primario
Protezione metallicao dielettrica
GuainaToxfree o Low-smoke-fume
-
Maggio 1996
Fibre- 23 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cavi di tipo looseCavi usati per installazioni in luoghi esternisoggetti a presenza di acqua o umidità
possono contenere fino a 100 fibre ottichedevono essere giuntati tramite tecniche displicing o fusione a cavetti monofibra di tipo tight
Fibra otticadiametro esterno 250 mm
250 µm = 125 µm + rivestimento primario
Elemento centraledielettrico
Filati aramidici
Protezione metallicaCorrugato di acciao
Tubettotamponato a Gel
Tamponante antidrogeno
Guaina in PoliuretanoGuaina in Polietilene
-
Maggio 1996
Fibre- 24 Copyright: si veda nota a pag. 2
Cavi di tipo slotted coreCavi usati per installazioni in luoghi esternisoggetti a presenza di acqua o umidità
possono contenere fino a 400 fibre ottichedevono essere giuntati tramite tecniche displicing o fusione a cavetti monofibra di tipo tight
Elemento centraledielettrico
Filati aramidici
Fibra otticadiametro esterno 250 mm
250 µm = 125 µm + rivestimento primario
Protezione metallicaCorrugato di acciao
Tamponante (Gel)
Guaina in Poliuretano
Guaina in Polietilene
CavaModulo scanalato
-
Ottobre 1996
Fibre- 25 Copyright: si veda nota a pag. 2
Fibre OttichePiù costose del rame (bifibra multimodalepuò costare 2500 lire/metro)Molto costose le giunzioni e laconnettorizzazione:
il problema è più critico al diminuire delledimensioni del core e quindi nelle monomodaliè richiesto personale qualificato construmentazione adeguata
Elevate velocità:è oggi standard lavorare a 2.4 Gb/s
-
Maggio 1996
Fibre- 26 Copyright: si veda nota a pag. 2
TAT-12/13Anello ottico sottomarino
New York (US), Rhode Island (US), Lands End(UK), Penmarc’h (FR)
5913 Km, 133 ripetitori ogni 45 Km (RI -LE)370 Km, 4 ripetitori ogni 74 Km (UK - FR)162 Km, nessun ripetitore (US - US)6321 Km, 140 ripetitori ogni 45 Km (NY - PE)
4 fibre, 2 operative e 2 di backuputilizzo fibre 2.5 Gb/s SDH
EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifierscompatibili con WDM sino a 4 lunghezze d’onda
WDMin previsione quattro flussi a 2.5 Gb/s per fibra
-
Maggio 1996
Fibre- 27 Copyright: si veda nota a pag. 2
WDMWDM: Wavelength Division MultiplexingAmplificatori ottici drogati all’erbio
indipendenti dalla velocità trasmissiva
AT&T17 canali da 20Gbps in WDM (totale 340 Gbps) suuna tratta di 150 Km con amplificatori all’erbioogni 50 Km
Bell Labs16 canali da 2.4 Gb/s in WDM (totale 40 Gbps) suuna tratta di 1420 Km con 96 amplificatoriall’erbio ogni 123 Km
TitoloCopyRightStruttura di una fibra otticaCaratteristicheCenni di propagazione guidataLa legge di SnellCono di accettazioneModi di PropagazioneFibre multimodali step-indexFibre multimodali graded-indexFibre MonomodaliTipi di trasmissioneInterconnessioneFinestre di utilizzazioneFibra a specifiche ISO/IEC 11801Fibra a specifiche TIA/EIA 568AI cavi in fibra otticaCavi di tipo tightCavi multimonofibraBretelle otticheCavi multifibraCavi di tipo looseCavi di tipo slotted coreFibre OtticheTAT-12/13WDM