4. Effetti della fibra sugli impulsi luminosi


Nel caso di trasmissioni numeriche l'allargamento degli impulsi luminosi che transitano lungo la fibra limita la frequenza massima di lavoro. Infatti, come si mostra in fig.5, ciascun impulso di entrata subisce attenuazione, ritardo e allargamento. In particolare, nel caso di impulsi temporalmente vicini si può avere la parziale sovrapposizione dei segnali uscita, fenomeno noto come interferenza intersimbolica, che compromette la corretta rivelazione dei dati.

 

 

Fig.5. - Effetto della fibra sugli impulsi luminosi.

 

Per ridurre la dispersione modale occorre rendere gli indici di rifrazione n1 e n2 molto vicini tra loro. Al limite, se n1 = n2, si avrebbe aL = 90° e quindi la luce si può propagare lungo la direzione dell'asse. In questo caso esiste una sola direzione di propagazione e quest'ultima si dice monomodale. Se n1 è diverso da n2 esistono più modi di propagazione e quest'ultima si dice multimodale.

La propagazione monomodale si può ottenere anche con n1 diverso da n2 ma rendendo il diametro del core molto piccolo e paragonabile alla lunghezza d'onda della radiazione usata. Nella propagazione monomodale, però, si penalizza l'apertura numerica. Al solito, si ricorre ad un compromesso. I valori tipici degli indici di rifrazione sono n1=1.48 e n2=1.46 per i quali si ha:

 

NA = 0.242;  f M = 14° per n0 = 1 e Dt/L = 67.8 ns/Km;  aL = 80°.
 

 

Riflettanza della luce

Quando un raggio luminoso incide sul core della fibra ottica, parte dell'energia associata si trasmette entro la fibra e parte è inevitabilmente persa per riflessione.

Il coefficiente che esprime tale perdita è detto riflettanza r , definito come il rapporto tra la potenza riflessa Pr e quella incidente Pi:

 r = Pr/Pi 

Per ottenere una espressione analitica di r è necessario introdurre il concetto di impedenza caratteristica Zn del mezzo. Tale impedenza è definita dal seguente rapporto:

Zn = Zo / n

  dove:

 

è l'impedenza caratteristica dello spazio ed n è l'indice di rifrazione del mezzo.

Quando un fascio di luce, che si propaga in un mezzo di indice di rifrazione n0, incide su un secondo mezzo con indice di rifrazione n1, si ha riflessione e rifrazione.

In particolare il coefficiente di riflessione rE, definito come il rapporto tra il campo elettrico riflesso Er ed incidente Ei, vale:

 

 

Poiché la potenza associata ad un'onda elettromagnetica è proporzionale al quadrato dell'intensità del campo elettrico, la riflettanza r risulta:

 

Nel caso della fibra ottica si ha: n0=1 (aria) e n1 è l'indice di rifrazione del core, per cui:

 

 
Ad esempio, se n1=1.48, la riflettanza vale:
r = 0.037.

 
Si conclude che il 3.7% della potenza dell'onda incidente sul core è persa per riflessione.