Tipi di fibre ottiche


Vi sono vari tipi di fibre ottiche ma la tendenza è quella di minimizzare il numero allo scopo di facilitare l'installazione e la manutenzione e di ridurre i costi di produzione. Esse si possono classificare in fibre ottiche:

a) monomodali;

b) multimodali.

 
Le prime presentano un profilo di indice di rifrazione a gradino; Il core presenta un diametro molto piccolo di circa 10 m e il cladding un diametro di 125 m. Sono ampiamente utilizzate nelle telecomunicazioni per l'elevato tempo di vita (20 anni), minima perdita di potenza ottica, assenza di dispersione modale poiché la trasmissione è monomodale. In fig. 6 si mostra una fibra monomodale insieme al profilo dell'indice di rifrazione.

  

Fig. 6. - Fibra ottica monomodale: a) sezione; b) profilo dell'indice di rifrazione; c) vista longitudinale.
   

Il diametro del core per ottenere una fibra monomodale vale:

 
 

Le fibre multimodali non trovano grande applicazione a causa delle alte perdite di potenza e della dispersione modale. Il diametro del core è di 50 mm e quello del cladding è di 125 mm. Il profilo dell'indice di rifrazione può essere:

 
1) a gradino (step index);

2) graduale (graded index).

 
Nelle fibre a gradino l'indice di rifrazione è costante in tutto il core e decresce bruscamente nel cladding. In esse si manifesta notevolmente la dispersione modale per cui non trovano applicazione nelle telecomunicazioni.

Infatti, anche i raggi luminosi con la stessa lunghezza d'onda immessi nella fibra con diverso angolo d'incidenza f , inferiore all'angolo di accettazione f M, si propagano con stessa velocità all'interno della fibra con percorsi a zig-zag di diversa lunghezza. Essi giungono a destinazione in tempi diversi producendo un allargamento temporale dell'impulso luminoso trasmesso.

Nelle fibre con profilo graduale l'indice di rifrazione decresce gradualmente dal centro del core fino alla regione di separazione tra core e cladding. In queste fibre i raggi non orizzontali che si spostano dal centro del core verso la sua periferia, incontrano zone ad indice di rifrazione leggermente inferiori, subiscono successive variazioni della direzione tendenti a parallelizzare i raggi. 
Questi, giunti in prossimità del cladding, vengono riflessi dando luogo, complessivamente, a percorsi elicoidali.

Il vantaggio delle fibre ad indice graduale è dovuto al fatto che i raggi che si avvicinano al cladding, attraversano un mezzo che presenta un indice di rifrazione via via decrescente e posseggono una velocità più alta rispetto ai raggi che compiono un percorso più breve come, ad esempio, quelli orizzontali all'asse della fibra. In questo modo tutti i raggi dell'impulso di luce giungono quasi contemporaneamente limitando, così, la dispersione modale (fig. 7).

  

Fig. 7. - Fibra multimodale ad indice graduale: a) sezione; b) profilo dell'indice di rifrazione; c) traiettoria del generico raggio.
 

Il numero di modi di propagazione M per una fibra multimodale si può valutare con la seguente formula approssimata valida se M >> 1:

dove d1 è il diametro del core.