Come funzionano davvero i cavi di comunicazione in fibra ottica?
Nella sua più semplice, un cavo in fibra ottica di comunicazione è composto da fili di vetro, come fili, attorno al diametro dei capelli umani, ognuno dei quali può trasmettere messaggi modulati su onde luminose alla velocità della luce. Offrono una larghezza di banda maggiore rispetto al cavo del filo di rame e sono diventati l'opzione di riferimento per soddisfare le esigenze dell'età di Internet in cui grandi quantità di dati (ad esempio, app di streaming) devono essere distribuite a migliaia di abbonati, miglia di distanza e istantaneamente. I cavi in fibra ottica non si trovano solo nei sistemi di comunicazione, ma sono utilizzati anche nelle reti industriali, nel rilevamento e nelle applicazioni avioniche.
Il primo passo per capire come funziona la fibra ottica è capire cosa succede quando si invia luce attraverso l'aria o l'acqua. La luce viaggia come un'onda. Quando passa attraverso l'aria, l'onda perde un po 'di energia e diventa più diffusa. Il risultato è che il raggio di luce diventa più ampio e meno intenso. Questa perdita di intensità si chiama attenuazione.
Quando la luce entra nell'acqua, tuttavia, non perde energia. Invece, si piega attorno alle molecole d'acqua, rendendo più facile passare la luce. L'acqua rallenta anche la velocità della luce di un fattore 1/V2 in cui V è la velocità della luce in acqua. Ciò significa che la luce che viaggia attraverso l'acqua viaggerà più lontano che se stesse viaggiando nell'aria. Le fibre ottiche utilizzano questi principi per trasportare dati da un punto all'altro.
La maggior parte delle fibre ottiche in uso oggi sono costituite da fili di vetro (il nucleo) realizzati in silice pura circondata da materiale di rivestimento realizzato in silice drogata. Il nucleo è così piccolo che solo un singolo raggio di luce a una particolare lunghezza d'onda può viaggiare fino alla fine. Questi sono chiamati fibre a modalità singola. In questo design, lo strato di rivestimento ha un indice di rifrazione inferiore e agisce come uno specchio per mantenere la modalità all'interno del nucleo. Questo fenomeno è noto come riflessione interna totale.
Le prestazioni delle fibre ottiche dipendono da quanto bene possono trasmettere la luce. Un modo per misurare questo è misurando la perdita di rendimento (anche chiamata perdita di inserimento) della fibra. La perdita di ritorno è definita come il rapporto tra la potenza nella direzione in avanti e la potenza nella direzione inversa. Se la perdita di ritorno è alta, più luce andrà persa quando si viaggia attraverso la fibra che se la perdita di ritorno era bassa.
Vantaggi dei cavi in fibra ottica
Le fibre ottiche hanno molti vantaggi rispetto ai tradizionali fili di rame:
1.Forze di trasmissione ad alta velocità
I media in fibra ottica trasmette i segnali attraverso gli impulsi di fotoni e la sua velocità di trasmissione può raggiungere mille volte quella dei cavi di rame (in genere 100+ Gbps), che è particolarmente adatto per scenari di applicazione con severi requisiti in tempo reale come la trasmissione dei media di streaming 4K/8K. La fibra ottica a modalità singola ha raggiunto una velocità di trasmissione innovativa di 1 petabit/s in ambienti di laboratorio.
2.A Capacità di larghezza di banda-grande
Grazie all'applicazione matura della tecnologia Multiplexing (WDM) di divisione di lunghezza d'onda, una singola fibra ottica può trasportare simultaneamente segnali ottici di diverse lunghezze d'onda come la banda c (1530-1565 nm) e la banda L (1565-1625 nm). Attraverso una densa tecnologia multiplexing della divisione di lunghezza d'onda (DWDM), è possibile ottenere più di 96 canali di trasmissione parallela a fibra singola, raggiungendo teoricamente centinaia di capacità di larghezza di banda a livello di TBPS.
3. Caratteristiche di trasmissione della perdita-bassa
La fibra ottica al quarzo ha un coefficiente di attenuazione di 0. 2db/km nella finestra da 1550nm. Con la tecnologia EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier), può ottenere una distanza di trasmissione senza relè di oltre 100 km. In confronto, la perdita di cavo di rame Cat6A è di 21,3 dB per 100 metri a 100 MHz.
4. Caratteristiche dell'immunità elettromagnetica
La fibra ottica utilizza la struttura della guida d'onda dielettrica siO₂ per trasmettere segnali, che evita fondamentalmente l'interferenza elettromagnetica (EMI) e i problemi di interferenza a radiofrequenza (RFI) affrontati dai cavi di rame. Questa caratteristica lo rende insostituibile per il cablaggio in forti ambienti elettromagnetici come sottostazioni ad alta tensione (maggiori o uguali a 500kV) e sale per le attrezzature per risonanza magnetica.
5. Meccanismo di sicurezza della trasmissione
Il rischio di perdita di informazioni del sistema in fibra ottica esiste principalmente nell'apparecchiatura di terminazione. Non ci sono radiazioni elettromagnetiche durante la trasmissione. La tecnologia OTDR può monitorare l'anomalia della perdita ottica a livello di 0. 01db in tempo reale. Secondo lo standard NIST SP 800-53, la sicurezza del livello fisico del canale in fibra ottica raggiunge il livello di protezione della classe III, che supera di gran lunga il livello di classe I del cavo di rame.
Tipi di cavo in fibra ottica di comunicazione
Esistono 2 tipi di base di fibre, modalità singola e multimodale. La fibra ottica a modalità singola è più piccola nel diametro core (8. 3-10 micron) e contiene vantaggi in termini di larghezza di banda e raggiungimento di distanze più lunghe, mentre le fibre ottiche multimodali hanno un diametro di base più grandi (50 micron o più grandi) e supportano facilmente la maggior parte delle distanze richieste nelle reti aziendali e di dati, a una tipica a costi inferiore.
La tecnologia in fibra ottica viene utilizzata in molti modi oggi. Viene utilizzato per trasmettere segnali vocali e video, trasportare dati per computer e per l'invio di informazioni su lunghe distanze.
Le fibre ottiche vengono utilizzate per produrre endoscopi che consentono ai medici di visualizzare all'interno del corpo umano ed eseguire un intervento chirurgico senza la necessità di procedure invasive del bisturi. Le fibre di grandi dimensioni possono trasportare energia laser per facilitare la rimozione dei tatuaggi, la pulizia dei monumenti storici e l'alimentazione dei sistemi di difesa diretti al laser.
Il rilevamento della fibra ottica distribuita (DFOS) consente di utilizzare l'intera lunghezza di una fibra ottica come dispositivo di rilevamento. Strutture come condutture di carburante, ponti e ali di aeromobili possono avere fibre ottiche incorporate in esse per rilevare parametri come deformazione, temperatura o suono e contribuire a garantire la loro integrità strutturale.
