Fibra ottica
Livello fisico - Sistemi e Reti
Concetti principali
- propagazione della luce in un mezzo guidato;
- riflessione, rifrazione e riflessione totale interna;
- struttura core, cladding, buffer e guaina;
- differenza tra fibra monomodale e multimodale;
- connettori ottici più comuni nei collegamenti di rete.
Raggio luminoso
Un raggio luminoso rappresenta la direzione di propagazione della luce. Nella fibra ottica l'informazione digitale viene trasportata tramite impulsi luminosi generati da LED o laser.
La fibra non trasporta corrente elettrica: il mezzo fisico guida la luce lungo un percorso controllato.
Riflessione e rifrazione
Quando la luce passa da un materiale a un altro, una parte può essere riflessa e una parte può essere rifratta. La rifrazione modifica la direzione del raggio in base alle proprietà ottiche dei materiali.
La fibra sfrutta la riflessione totale interna: superata una certa condizione angolare, la luce resta confinata nel nucleo e continua a propagarsi lungo il cavo.
Cono di accettazione
Il cono di accettazione rappresenta l'insieme delle direzioni con cui la luce può entrare nella fibra e rimanere guidata nel core. Se il raggio arriva con un angolo troppo grande, non si instaurano le condizioni corrette per la propagazione guidata.
Struttura della fibra
- Core: nucleo centrale in cui viaggia la luce.
- Cladding: rivestimento ottico con indice di rifrazione diverso dal core.
- Buffer: strato protettivo immediatamente esterno alla parte ottica.
- Elementi di rinforzo: fibre o materiali che aumentano la resistenza alla trazione.
- Guaina esterna: protezione meccanica contro urti, abrasioni e pieghe.
Monomodale e multimodale
Fibra multimodale
Core più ampio, più percorsi di propagazione, distanze tipiche inferiori rispetto alla monomodale.
Fibra monomodale
Core molto sottile, propagazione più controllata, adatta a lunghe distanze e dorsali.
Connettori ottici
Il connettore serve ad allineare con precisione le fibre e a collegarle a porte, moduli ottici, patch panel o apparati di rete. Un allineamento impreciso, sporco o danneggiato introduce attenuazione.
LC
Compatto, molto diffuso su moduli SFP e collegamenti ad alta densità.
SC
Connettore push-pull, robusto e comune in pannelli e impianti strutturati.
ST
Connettore con innesto a baionetta, presente in installazioni meno recenti.
MTP/MPO
Connettore multifibra usato in dorsali e collegamenti ad alta densità.
Attenuazione, pulizia e giunzioni
Ogni collegamento ottico introduce una perdita di potenza, chiamata attenuazione. La perdita dipende dalla lunghezza della fibra, dalla qualità dei connettori, dalle giunzioni e dalle curvature del cavo.
- connettori sporchi o graffiati aumentano le perdite;
- giunzioni e adattatori aggiungono attenuazione;
- curve strette possono disperdere parte della luce fuori dal core;
- la potenza ricevuta deve rientrare nel budget ottico del collegamento.
Vantaggi e limiti
| Vantaggi | Limiti |
|---|---|
| Elevata banda disponibile | Maggiore delicatezza meccanica |
| Buona resistenza ai disturbi elettromagnetici | Connettori e apparati più specifici |
| Distanze superiori rispetto al rame | Installazione e giunzione più impegnative |
Simulatore: angolo di accettazione
Modello interattivo per osservare cono di accettazione, riflessione totale interna e raggi non guidati.
Parametri della fibra
Relazioni utilizzate
θacc = arcsin(NA)
θcritico = arcsin(ncladding / ncore)
Il modello usa l'approssimazione geometrica dei raggi luminosi. Nei preset multimodali, i raggi aggiuntivi rappresentano modi di propagazione diversi generati dalla stessa sorgente.
Lettura del modello
La zona gialla rappresenta il core, la zona azzurra il cladding. Il raggio resta guidato solo se entra entro l'angolo di accettazione e se al confine core/cladding avviene riflessione totale interna.
Sintesi finale
La fibra ottica è un mezzo guidato che trasporta informazione tramite luce. La propagazione dipende dalla struttura core-cladding e dalla riflessione totale interna. La scelta tra monomodale e multimodale dipende da distanza, apparati, costo e prestazioni richieste.