I cavi in fibra ottica sono oggi ampiamente utilizzati per la trasmissione di dati. In alcune aree dell'IT hanno completamente sostituito le tradizionali linee di comunicazione basate su conduttori metallici. Le linee ottiche sono particolarmente efficaci quando è necessario trasmettere grandi quantità di dati su lunghe distanze.
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Le basi fisiche della fibra ottica
I principi fisici del funzionamento della fibra ottica si basano sul principio della riflessione totale. Se prendiamo due mezzi con diversi indici di rifrazione n1 e n2, e n2<n1 (ad esempio, aria e vetro o vetro e plastica trasparente) e lascia che un raggio di luce ad un angolo α rispetto all'interfaccia, si verificheranno due eventi.
Un raggio (indicato in rosso in figura), lanciato dall'alto a sinistra (lungo la freccia), sarà parzialmente rifratto e attraverserà un mezzo con indice di rifrazione n2 angolo α1<α - questa parte del raggio è indicata da una linea tratteggiata.L'altra parte del raggio verrà riflessa dall'interfaccia con la stessa angolazione. Se il raggio viene sparato con un angolo β meno profondo (il raggio verde nella figura), accadrà la stessa cosa: riflessione parziale e rifrazione parziale con un angolo β1.
Se l'angolo di incidenza α viene ulteriormente ridotto (raggio blu nella figura), la parte rifratta del raggio può "scorrere" quasi parallelamente all'interfaccia media (linea tratteggiata blu). Un'ulteriore diminuzione dell'angolo di incidenza (un raggio verde incidente ad un angolo β) provocherà un salto qualitativo - la parte rifratta sarà assente. Il raggio sarà completamente riflesso dall'interfaccia tra i due mezzi. Questo angolo è chiamato angolo di riflessione totale e il fenomeno stesso è chiamato riflessione totale. Lo stesso si osserverà con un'ulteriore diminuzione dell'angolo di incidenza.
Dispositivo in fibra ottica
La fibra ottica si basa su questo principio. È costituito da due strati coassiali con diversa densità ottica.
Se un raggio di luce entra nell'estremità aperta della fibra con un angolo maggiore dell'angolo di riflessione della luce, sarà completamente riflesso dal confine di contatto di due mezzi con indici di rifrazione diversi, con una bassa attenuazione ad ogni "salto".
La parte esterna della fibra ottica è in plastica. Quello interno può essere anche di plastica trasparente, quindi può essere piegato ad angoli sufficientemente ampi (anche arrotolato ad anello, e la luce che entra all'interno passerà comunque da un'estremità all'altra con attenuazione a seconda delle proprietà ottiche di la plastica e la lunghezza del conduttore di luce). Per i cavi backbone in cui la flessibilità non è così importante, il nucleo interno è solitamente in vetro.Questo riduce l'attenuazione, riduce il costo della fibra, ma diventa sensibile alle pieghe.
Per aumentare il throughput di una linea ottica, la fibra viene prodotta in una versione bimodale o multimodale. Per fare ciò, la sezione trasversale del nucleo viene aumentata a 50 micron o 62,5 micron (contro 10 micron per la modalità singola). Due o più segnali possono essere trasmessi simultaneamente attraverso una tale fibra ottica.
Questa costruzione della linea di trasmissione ottica presenta alcuni svantaggi. Uno di questi è la dispersione della luce causata dal diverso percorso di ciascun segnale. Hanno imparato a gestirlo creando un nucleo con un indice di rifrazione gradiente (che cambia dal centro ai bordi). A causa di ciò, i percorsi dei diversi raggi vengono corretti.
I cavi con fibre multimodali vengono utilizzati principalmente per reti locali (all'interno dello stesso edificio, un'impresa, ecc.) E con fibre monomodali - per linee principali.
Dispositivo linea fibra
L'FOCL trasmette un segnale luminoso generato da un LED o da un laser. Nel trasmettitore viene generato un segnale elettrico. Anche il dispositivo terminale necessita di un segnale sotto forma di impulsi elettrici. Pertanto, sarà necessario trasformare due volte i dati originali. In figura è mostrato uno schema semplificato di una linea in fibra ottica.
Il segnale del trasmettitore viene convertito in impulsi luminosi e trasmesso su una linea ottica. La potenza degli emettitori sul lato trasmittente è limitata, quindi su linee lunghe a determinati intervalli vengono installati dispositivi che compensano l'attenuazione: amplificatori ottici, rigeneratori o ripetitori.Sul lato ricevente è presente un altro convertitore che trasforma il segnale ottico in uno elettrico.
Design del cavo ottico
Per organizzare una linea in fibra ottica, le singole fibre vengono utilizzate come parte di un cavo ottico. Il suo design dipende dallo scopo della linea di trasmissione e dal metodo di posa, ma in generale contiene diverse fibre con un rivestimento protettivo individuale (da graffi e danni meccanici). Tale protezione viene solitamente eseguita in due strati: in primo luogo, un guscio composto e, in cima, un rivestimento aggiuntivo di plastica o vernice. Le fibre sono racchiuse in una guaina comune (come i cavi elettrici convenzionali), che determina la portata del cavo e viene selezionata tenendo conto delle influenze esterne a cui sarà sottoposta la linea durante il funzionamento.
Durante la posa in passerelle, c'è il problema di proteggere le linee dai roditori. In questo caso, è necessario scegliere un cavo la cui guaina esterna sia rinforzata con nastro d'acciaio o armatura metallica. Le fibre di vetro sono anche utilizzate come protezione contro i danni.
Se il cavo viene posato in un tubo, non è necessaria una guaina rinforzata. Il tubo di metallo protegge in modo affidabile dai denti di topi e ratti. Il guscio esterno può essere reso leggero. Ciò facilita il serraggio del cavo all'interno del tubo.
Se una linea deve essere posata nel terreno, la protezione viene eseguita sotto forma di armature metalliche protette dalla corrosione o barre in fibra di vetro. Fornisce un'elevata resistenza non solo alla compressione, ma anche allo stiramento.
Se il cavo deve essere posato in aree marine, attraverso fiumi e altre barriere d'acqua, su terreno paludoso, ecc., viene applicata una protezione aggiuntiva da un nastro polimerico di alluminio. In questo modo si impedisce all'acqua di entrare.
Inoltre, molti cavi all'interno di una guaina comune contengono:
- ferri di armatura che servono a conferire alla struttura una maggiore resistenza agli influssi meccanici esterni e durante l'allungamento termico della linea;
- riempitivi: fili di plastica che riempiono aree vuote tra fibre e altri elementi;
- barre di potenza (il loro scopo è aumentare il carico di trazione).
Nelle grandi campate, la linea è sospesa su un cavo, ma sono presenti cavi autoportanti. Il cavo metallico di supporto è integrato direttamente nella scocca.
Come tipo separato di linea in fibra ottica, dovrebbe essere menzionato un cavo patch ottico. Questo cavo contiene una o due fibre (modalità singola o doppia) racchiuse in una guaina comune. Su entrambi i lati, il cavo è dotato di connettori per il collegamento. Tali cavi sono di breve lunghezza e sono destinati al collegamento di apparecchiature a breve distanza o alla posa di comunicazioni all'interno dell'armadio.
Vantaggi e svantaggi dei cavi ottici
Gli indubbi vantaggi dei cavi ottici, che hanno determinato l'ampia distribuzione di tali linee di comunicazione, includono:
- elevata immunità ai disturbi - il segnale luminoso non è influenzato dalle radiazioni elettromagnetiche domestiche e industriali e la linea stessa non emette (questo rende difficile l'accesso non autorizzato alle informazioni trasmesse e non crea problemi di compatibilità elettromagnetica);
- isolamento galvanico completo tra il lato ricevente e quello trasmittente;
- basso livello di attenuazione - molto inferiore a quello delle linee cablate;
- lunga durata;
- grande produttività.
Nelle realtà moderne, importa anche che il cavo non attiri ladri di metalli.
L'ottica non è priva di difetti. Prima di tutto, questa è la complessità dell'installazione e del collegamento, che richiede attrezzature, strumenti e materiali speciali e impone anche requisiti crescenti alle qualifiche del personale coinvolto nell'installazione e nella manutenzione delle linee. La maggior parte dei guasti in FOCL sono associati a errori di installazione, che potrebbero non manifestarsi immediatamente. Inizialmente anche il costo della linea stessa era elevato, ma lo sviluppo della tecnologia ha permesso di livellare questo svantaggio a livelli competitivi.
Le linee di comunicazione ottica hanno occupato un settore serio nel mercato dei materiali di comunicazione. Nel prossimo futuro, non vedono un'alternativa seria a meno che non ci sia una svolta tecnologica.
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