Avantatges de la comunicació per fibra òptica
● Gran capacitat de comunicació
● Llarga distància de relleus
● Immune a les interferències electromagnètiques
● Recursos abundants
● Fibra òptica lleugera i petita
Una breu història del desenvolupament de la comunicació òptica
● Fa més de 2000 anys: torres de balises: llums, senyals de bandera
● 1880: Telèfon òptic – comunicació òptica sense fil
● 1970: Comunicació per fibra òptica
● 1966: el Dr. Kao Kuen, el "pare de la fibra òptica", va proposar per primera vegada la idea de la comunicació per fibra òptica.
● 1970: Kapron de Corning Institution va produir fibra òptica amb una pèrdua de 20 dB/km.
● 1977: primera línia comercial de 45 Mb/s de Chicago.
Espectre electromagnètic
Refracció/reflexió i reflexió interna total de la llum
Com que la llum viatja a diferents velocitats en diferents substàncies, quan la llum viatja d'una substància a una altra, la refracció i la reflexió es produeixen a la interfície entre les dues substàncies. A més, l'angle de la llum refractada canvia amb l'angle de la llum incident. Quan l'angle de la llum incident arriba o supera un cert angle, la llum refractada desapareix i tota la llum incident es reflecteix de nou; això és una reflexió interna total. Diferents materials refracten la llum de la mateixa longitud d'ona a diferents angles (és a dir, diferents materials tenen diferents índexs de refracció) i el mateix material refracta llum de diferents longituds d'ona en diferents angles. La comunicació per fibra òptica es basa en aquests principis. Distribució de la reflectivitat: un paràmetre important que caracteritza els materials òptics és l'índex de refracció, indicat per N. La relació entre la velocitat de la llum C en el buit i la velocitat de la llum V en un material és l'índex de refracció del material.
N＝C/V
L'índex de refracció del vidre de quars utilitzat en la comunicació de fibra òptica és d'aproximadament 1,5.
Estructura de fibra òptica
Un cable de fibra òptica nua consta generalment de tres capes:
Primera capa: un nucli de vidre d'índex de -refracció-alt (el diàmetre del nucli és generalment de 9-10 μm, (mode únic) 50 o 62,5 (mode multimodal).
Segona capa: un revestiment de vidre de silici de baix índex-refracció- al mig (el diàmetre és generalment de 125 μm).
Tercera capa: un recobriment de resina de reforç més extern.
Coneixements bàsics de la llum
1) Nucli: alt índex de refracció, utilitzat per transmetre llum;
2) Revestiment: el baix índex de refracció, juntament amb el nucli, crea condicions per a la reflexió interna total;
3) Jaqueta: alta resistència, pot suportar un major impacte i protegeix la fibra òptica.
Cable de fibra òptica de 3 mm taronja MM multimode
Groc SM monomode
Dimensions del cable de fibra òptica:
El diàmetre exterior sol ser de 125 µm (un cabell humà mitjà és de 100 µm)
Diàmetre interior: mode-únic 9 µm, multimode 50/62,5 µm
Apertura numèrica
No tota la llum incident a la cara extrema d'una fibra òptica es transmet a través de la fibra; només es transmet la llum incident dins d'un cert rang angular. Aquest angle s'anomena obertura numèrica de la fibra òptica. Una obertura numèrica més gran és avantatjosa per a l'empalmament de fibra òptica. L'obertura numèrica varia entre les fibres òptiques fabricades per diferents empreses.
Tipus de fibres òptiques
Segons el mode de transmissió de la llum dins de la fibra, les fibres òptiques es poden classificar en:
Mode -multiple (MM)
Mode{0}únic (SM)
Fibra multi-mode: té un nucli central de vidre més gruixut (50 o 62,5 μm), que permet la transmissió de múltiples modes de llum. Tanmateix, la seva dispersió intermodal és important, limitant la freqüència dels senyals digitals transmesos, i aquesta limitació empitjora amb l'augment de la distància. Per exemple, una fibra de 600 MB/km només tindrà una amplada de banda de 300 MB/km a 2 km. Per tant, la fibra multi-mode té una distància de transmissió relativament curta, normalment només uns quants quilòmetres.
Fibra d'un -mode: té un nucli central de vidre més prim (normalment de 9 o 10 μm de diàmetre), que permet transmetre només un mode de llum. Es tracta bàsicament d'un tipus de fibra d'índex-pas, però amb un diàmetre central molt petit. Teòricament, només permet que un sol camí de llum recta-entri a la fibra i es propagui en línia recta dins del nucli. L'ampliació del pols de fibra és mínima. Per tant, la seva dispersió intermodal és molt petita, la qual cosa la fa apta per a la comunicació a llarga-distància. Tanmateix, la seva dispersió cromàtica juga un paper important, la qual cosa significa que la fibra de mode únic{11}}requireix alts requisits per a l'amplada espectral i l'estabilitat de la font de llum, és a dir, l'amplada espectral ha de ser estreta i l'estabilitat ha de ser bona.
Classificació de la fibra òptica
Per material:
● Fibra de vidre: tant el nucli com el revestiment són de vidre. Baixa pèrdua, llarga distància de transmissió, alt cost.
● Fibra de silicona amb funda: el nucli és de vidre, el revestiment és de plàstic. Característiques similars a la fibra de vidre, menor cost.
● Fibra plàstica: tant el nucli com el revestiment són plàstics. Gran pèrdua, distància de transmissió molt curta, preu molt baix. S'utilitza àmpliament en electrodomèstics, equips d'àudio i transmissió d'imatges a curta-distància.
● Per finestra de freqüència de transmissió òptima: fibra de mode-únic convencional i fibra de mode de dispersió-desplaçat-mode únic.
● Convencional: els fabricants de fibra optimitzen la freqüència de transmissió de la fibra per a una única longitud d'ona, com ara 1300 nm.
● Dispersió-Desplaçada: els fabricants de fibres optimitzen la freqüència de transmissió de la fibra per a dues longituds d'ona, com ara 1300 nm i 1550 nm.
● Desplaçament brusc: l'índex de refracció canvia bruscament del nucli al revestiment de vidre. Baix cost, alta dispersió intermodal. Adequat per a comunicacions de curta-distància i baixa-velocitat, com ara el control industrial. Tanmateix, les fibres d'-mode únic tenen una dispersió intermodal molt baixa, de manera que totes són fibres d'índex-graduals.
●Fibres d'índex-graduals: l'índex de refracció disminueix gradualment des del nucli fins al revestiment, permetent que la llum de mode alt-es propagui de manera sinusoïdal. Això redueix la dispersió intermodal, augmenta l'amplada de banda de la fibra i amplia la distància de transmissió, però és més car. La majoria de fibres multimode actuals són fibres-índex graduades.