Tipuri și parametre a fibrelor optice

1.1. Scopul lucrării: studierea tipurilor de fibre optice şi principiul de transmitere al semnalului prin fibrele optice.

1.2. Noţiuni teoretice:

O fibră optică este un ghid de undă dielectric cilindric realizat din materiale cu pierderi mici, cum este sticla de siliciu SiO2. Fibra optică are un miez central (de rază a) în care se propagă lumina (Fig.1.1). Miezul este înconjurat de un strat cu indice de refracţie mai mic decât al miezului (de rază b). Într-o astfel de fibră optică lumina poate fi ghidată cu pierderi foarte mici de doar 0,1 dB (3,6%).

Fig.1.1. Reprezentarea schematică a unei fibre optice

Există două tipuri de fibre optice:

1. monomod (SMF-single mode fiber);

2. multimod (MMF-multi mode fiber) ,

ce diferă prin diametrul miezului prin care se transmite lumina.

Fibrele multimod, la rîndul său, sunt de două tipuri:

- fibre multimod cu profilul indicelui de refracţie în trepte (step index multi mode fiber);

- fibre multimod cu profilul indicelui de refracţie gradient (graded index multi mode fiber).

Fibra multimod cu profilul indicelui de refracţie în trepte. Diametrul miezului fibrei optice cu profilul indicelui de refracţie în trepte este în limitele de la 100 pînă la 200 μm; valoarea indicelui de refracţie n1 de-a lungul axei (la centrul miezului) este constant şi descreşte rapid (în trepte) la graniţa cu învelişul (fig.1.2).

Fig.1.2. Fibră optică multimod cu salt de indice de refracţie

Fibra multimod cu profilul indicelui de refracţie gradient (fig.1.3). În fibra multimod gradient standardă (50/125 sau 62.5/125) diametrul firului purtător de lumină este 50 şi 62.5 m, ce este cu un ordin mai mare decât lungimea undei de transmitere.

Fig.1.3. Fibră optică multimod cu profilul

indicelui de refracţie gradient

Aceasta duce la propagarea diferitor tipuri de raze luminoase – mode – în toate cele trei ferestre de transparenţă (lungimile de undă la care se transmite semnalul cu pierderi minime – 850, 1310 şi 1550 nm). Două ferestre de transparenţă 850 şi 1310 nm de obicei pentru transmiterea luminii folosesc fibra multimod.

Fibre monomod

Dispersia cromatică este aleasă de uniunea internaţională a telecomunicaţiilor (INU) în calitate de criteriu pentru clasificarea fibrelor monomod. Conform acestui criteriu, există trei tipuri de fibre monomod:

1. Fibra monomod standardă (SF), (tip G.652);

2. Fibra monomod cu dispersie deplasată nulă (DSF), (tip G.653);

3. Fibra monomod cu dispersie deplasată (NZDSF), (tip G.655).

În fibra monomod în trepte (SF) diametrul firului purtător de lumină alcătuieşte 8-10 m şi este comparabil cu lungimea undei luminoase (fig.1.4). În astfel de fibră la o lungime de undă a luminii destul de mare ( - lungimea de undă de tăiere) se propagă numai o singură rază (o singură modă). Regimul monomod în fibra monomod se realizează în ferestrele de transparenţă 1310 şi 1550 nm.

Fig.1.4. fibră optică monomod standardă

Propagarea numai a unei mode înlătură dispersia intermodală şi asigură o capacitate de transmisiune foarte înaltă a fibrei monomod în aceste ferestre de transparenţă. Cel mai bun regim de propagare din punct de vedere a dispersiei se obţine în apropierea lungimii de undă 1310 nm, când dispersia cromatică este egală cu zero. Din punct de vedere al pierderilor aceasta nu este cea mai bună fereastră de transparenţă, în această fereastră pierderile alcătuiesc 0.3 – 0.4 dB/km, în timp ce cea mai mică atenuare 0.2 – 0.25 dB/km se obţine în fereastra 1550 nm.