6.  Perdite nelle fibre ottiche


Le perdite causate dalle fibre ottiche si possono classificare in quelle che deformano il segnale di ingresso (dispersione) e in quelle che ne determinano l'attenuazione. Lo studio delle caratteristiche delle fibre ottiche è molto importante perché determina la capacità del canale trasmissivo e la massima distanza tra trasmettitore e ricevitore senza la necessità di ripetitori intermedi.
I fenomeni che determinano le dispersioni delle fibre ottiche sono:
 
a) dispersione modale;

b) dispersione del materiale;

c) dispersione di guida d'onda.

 
Della prima si è già parlato e si è dedotto che la fibra monomodale riduce tale dispersione. Altre cause che determinano la dispersione modale sono la superficie irregolare del cladding che provoca riflessioni anomale, conicità del core che determina variazione della direzione del raggio riflesso e la superficie di giunzione tra due fibre che modifica la direzione del raggio. La dispersione del materiale consiste nella dipendenza della velocità di un raggio di lunghezza d'onda l dalla composizione della fibra. Se si immette nella fibra un impulso di luce bianca, le componenti cromatiche costituenti, percorrendo la fibra con velocità differenti, arrivano al ricevitore in tempi differenti generando, così, un impulso di uscita allargato e più "basso" rispetto a quello di entrata. Nella seguente tabella si mostra il valore dell'indice di rifrazione del vetro in funzione dei diversi colori.

 

colore   n
violetto 1.605
azzurro 1.594
verde 1.581
giallo 1.575
arancio 1.571
rosso 1.569
 

Si osserva che il raggio rosso, avendo più basso indice di rifrazione, è quello che possiede maggior velocità e pertanto giunge prima al ricevitore. Per limitare la dispersione del materiale si cerca di usare luce monocromatica utilizzando diodi LASER.

In fig.8 si riporta l'andamento del tempo di ritardo t [ns/Km] di un raggio avente lunghezza d'onda l rispetto a quello di riferimento avente l =1300nm.

 

 

Fig.8. - Andamento del tempo di ritardo t in funzione della lunghezza d'onda l .

 La dispersione cromatica produce un allargamento temporale dell'impulso di luce trasmesso determinato dalla seguente relazione:

  Dtc = · D l [psec/Km]  D l 

rappresenta la larghezza spettrale a metà altezza della radiazione luminosa. 
Valori tipici sono: 2 nm. per il LASER e 40 nm. per il LED. 
Il coefficiente di dispersione cromatica dipende dalla natura della fibra e dalla lunghezza d'onda l della radiazione.
Valori tipici sono:   = 80 per
l = 900 nm.            = 0 per l = 1300 nm.     = 30 per l = 1500 nm.  

Il valore di è definito come la variazione del tempo di ritardo t prodotta dalla variazione della lunghezza d'onda l :

 

 
 

In fig.9 si mostra la caratteristica del coefficiente di dispersione cromatica m in funzione della lunghezza d'onda l .

 

Fig.9. - Dispersione cromatica m in funzione della lunghezza d'onda l .

 

 Nell'uso delle formule si deve utilizzare il valore assoluto di m in quanto il segno negativo indica che i segnali luminosi aventi l <1300nm. Sono in ritardo rispetto a quello avente l =1300nm., valore preso come riferimento.

La dispersione di guida d'onda è dovuta alle ridotte dimensioni del core che consente il trasporto di una parte della potenza ottica anche nel cladding. La dispersione si ha poiché il cladding ha indice di rifrazione inferiore a quello del core. Questa dispersione dipende dal profilo di indice della fibra. Le tre dispersioni precedentemente descritte determinano una limitazione della banda passante dell'intero collegamento. La fibra, oltre alla dispersione, presenta attenuazione della potenza ottica trasmessa che dipende dalle caratteristiche tecnologiche e dall'interconnessione fra le fibre.