Il principio di conversione e trasmissione di informazioni su fibre ottiche
Le moderne linee di comunicazione destinate alla trasmissione di informazioni su lunghe distanze sono spesso solo linee ottiche, a causa dell'efficienza piuttosto elevata di questa tecnologia, che ha dimostrato con successo per molti anni, ad esempio, come mezzo per fornire l'accesso a banda larga a Internet .
La fibra stessa è costituita da un nucleo di vetro circondato da una guaina con un indice di rifrazione inferiore a quello del nucleo. Il raggio di luce responsabile della trasmissione delle informazioni lungo la linea si propaga lungo il nucleo della fibra, si riflette nel suo percorso dal cladding e quindi non esce dalla linea di trasmissione.
La sorgente luminosa beamforming è di solito laser a diodo o semiconduttore, mentre la fibra stessa, a seconda del diametro del nucleo e della distribuzione dell'indice di rifrazione, può essere monomodale o multimodale.
Le fibre ottiche nelle linee di comunicazione sono superiori ai mezzi elettronici di comunicazione, consentendo la trasmissione ad alta velocità e senza perdite di dati digitali su lunghe distanze.
In linea di principio, le linee ottiche possono formare una rete indipendente o servire per unire reti già esistenti - tratti di autostrade in fibra ottica unite fisicamente a livello di fibra ottica o logicamente - a livello di protocolli di trasmissione dati.
La velocità di trasmissione dei dati su linee ottiche può essere misurata in centinaia di gigabit al secondo, ad esempio lo standard 10 Gbit Ethernet, utilizzato da molti anni nelle moderne strutture di telecomunicazione.
L'anno dell'invenzione della fibra ottica è considerato il 1970, quando Peter Schultz, Donald Keck e Robert Maurer, scienziati di Corning, inventarono una fibra ottica a bassa perdita che aprì la possibilità di duplicare il sistema di cavi per la trasmissione del segnale telefonico senza ripetitori. Gli sviluppatori hanno creato un cavo che consente di risparmiare l'1% della potenza del segnale ottico a una distanza di 1 chilometro dalla sorgente.
Questo è stato il punto di svolta per la tecnologia. Le linee sono state originariamente progettate per trasmettere centinaia di fasi di luce simultaneamente, in seguito è stata sviluppata la fibra monofase con prestazioni più elevate in grado di mantenere l'integrità del segnale su distanze maggiori. La fibra monofase zero-offset è stata la tipologia di fibra più ricercata dal 1983 ad oggi.
Per trasmettere i dati su una fibra ottica, il segnale deve prima essere convertito da elettrico a ottico, quindi trasmesso lungo la linea e quindi riconvertito in elettrico al ricevitore.L'intero dispositivo è chiamato ricetrasmettitore e include non solo componenti ottici ma anche elettronici.
Quindi, il primo elemento di una linea ottica è un trasmettitore ottico. Converte una serie di dati elettrici in un flusso ottico. Il trasmettitore include: un convertitore da parallelo a seriale con un sintetizzatore di impulsi di sincronizzazione, un driver e una sorgente di segnale ottico.
La sorgente del segnale ottico può essere un diodo laser o un LED. I LED convenzionali non vengono utilizzati nei sistemi di telecomunicazione. La corrente di polarizzazione e la corrente di modulazione per la modulazione diretta del diodo laser sono fornite dal driver laser, quindi la luce viene fornita attraverso il connettore ottico nella fibra cavo ottico.
Dall'altro lato della linea, il segnale e il segnale di temporizzazione vengono rilevati da un ricevitore ottico (principalmente un sensore a fotodiodo) dove vengono convertiti in un segnale elettrico che viene amplificato e quindi il segnale trasmesso viene ricostruito. In particolare, il flusso di dati seriale può essere convertito in parallelo.
Il preamplificatore è responsabile della conversione della corrente asimmetrica dal sensore del fotodiodo in tensione, della sua successiva amplificazione e conversione in un segnale differenziale. Il chip di sincronizzazione e ripristino dei dati recupera i segnali di clock e la loro temporizzazione dal flusso di dati ricevuto.
Il multiplexer a divisione di tempo raggiunge velocità di trasferimento dati fino a 10 Gb/s. Quindi oggi ci sono i seguenti standard per la velocità di trasmissione dei dati attraverso sistemi ottici:
Il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda e il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda consentono di aumentare ulteriormente la densità di trasmissione dei dati quando diversi flussi di dati multiplexati vengono inviati sullo stesso canale, ma ogni flusso ha la propria lunghezza d'onda.
La fibra monomodale ha un diametro del nucleo esterno relativamente piccolo di circa 8 micron. Tale fibra consente la propagazione attraverso di essa di un fascio di una frequenza specifica, corrispondente alle caratteristiche di una data fibra. Quando il raggio si muove da solo, il problema della dispersione intermodale scompare, con conseguente aumento delle prestazioni della linea.
La distribuzione della densità del materiale può essere a gradiente oa gradino. La distribuzione del gradiente consente una maggiore produttività. La tecnologia monomodale è più sottile e più costosa della multimodale, ma è la tecnologia monomodale attualmente utilizzata nelle telecomunicazioni.
La fibra multimodale consente la propagazione simultanea di più fasci di trasmissione ad angoli diversi. Il diametro del nucleo è solitamente di 50 o 62,5 µm, quindi l'introduzione della radiazione ottica è facilitata. Il prezzo dei ricetrasmettitori è inferiore rispetto a quelli monomodali.
È una fibra multimodale molto adatta per piccole reti domestiche e locali. Il fenomeno della dispersione intermodale è considerato il principale svantaggio della fibra multimodale, pertanto, per ridurre questo fenomeno dannoso, sono state appositamente sviluppate fibre con un indice di rifrazione gradiente, in modo che i raggi si propaghino lungo percorsi parabolici e la differenza nei loro percorsi ottici sia minore .In un modo o nell'altro, le prestazioni della tecnologia single-mode rimangono ancora più elevate.