Estructura bàsica de la fibra òptica
Una fibra òptica consta de tres capes:
Nucli: la capa central feta de sílice d’alta puresa (dopada d’elements com el germani). Té un diàmetre molt petit (8-10 μm per a fibra de mode únic, 50-62.
Revestiment: envolta el nucli, de material amb un índex de refracció inferior al nucli. D’aquesta manera es garanteix una propagació de la llum mitjançant una reflexió interna total.
Recobriment protector: una capa de polímer exterior per evitar danys físics i interferències ambientals.
Principi bàsic: Reflexió interna total
Contrast de l’índex de refracció: l’índex de refracció més elevat del nucli en comparació amb el revestiment fa que la llum sofreixi la reflexió interna total al límit de la revestiment del nucli quan s’incideixin en angles superiors a l’angle crític.
Propagació de la llum: els senyals de llum es desplacen pel nucli mitjançant una reflexió interna total contínua, seguint una ruta en zig-zag (fibra multimode) o una ruta propera a la trajectòria (fibra d’un sol mode).
Passos de transmissió d'informació
Conversió de senyals elèctrics en senyals òptics:
Al transmissor, un díode làser ** làser (LD) ** o el díode emissor de llum (LED) converteix els senyals elèctrics en polsos òptics (llum "ON/OFF" o els canvis de longitud d'ona representen "1s" binaris i "0 s").
Transmissió de senyal òptic:
Els polsos de llum es propaguen a través de la fibra. La diferència d’índex de refracció entre el nucli i el revestiment limita el senyal al nucli, fins i tot quan la fibra està doblegada.
Repeater de senyal/amplificació:
Per a la transmissió de llarga distància, ** Amplificadors de fibra dopada per erbium (EDFAs) ** Amplifiqueu els senyals òptics directament sense convertir-los en senyals elèctrics, minimitzant la latència.
Conversió de senyal òptic a elèctrica:
Al receptor, un fotodetector ** ** (per exemple, díode de pin, fotodiode d'Avalanche) converteix la llum de nou en senyals elèctrics, que després es descodifiquen en dades originals.
.
Tipus de fibra i rendiment
Fibra d’un sol mode (SMF):
- Ultra-Thin Core (8-10 μm), permetent només un mode de propagació de llum.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), amplada de banda alta. S'utilitza en xarxes de columna vertebral (per exemple, cables subterrànies).
Fibra multimode (MMF):
- Core més gruixut (50-62. 5μm), donant suport a diversos modes de llum.
- Inconvenients: dispersió modal Limita la distància de transmissió (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Avantatges de la fibra òptica
Ample de banda extrem: velocitats teòriques fins a centenars de TBP (utilitzant multiplexació de divisió de longitud d'ona).
Atenuació baixa: les fibres modernes presenten pèrdues tan baixes com 0. 2 dB/km, permetent la transmissió de més de milers de quilòmetres sense repetidors.
Immunitat a EMI: no afectada per interferències electromagnètiques, adequada per a ambients durs (per exemple, quadrícules elèctriques, hospitals).
Compacta i segura: una mida lleugera, petita i sense fuites de radiació electromagnètica.
Reptes tècnics
Dispersió: Ampliació del senyal a causa de diferents velocitats de longituds d'ona/modes de llum (resolts mitjançant fibres compensadores de dispersió o DSP).
Efectes no lineals: els senyals d’alta potència indueixen la barreja de dispersió/quatre ones, que requereixen un control de potència precís.
Pèrdua de flexió: la flexió excessiva provoca fuites de llum; S'ha de mantenir el radi mínim de la flexió durant la instal·lació.
Aplicacions
Networks de telecomunicacions: Backbones d'Internet, enllaços de l'estació base 5G, interconnexions del centre de dades.
Assistència sanitària: Imatge endoscòpica, cirurgia amb làser.
Industrial: Sensors de fibra òptica (temperatura, pressió), làsers de fibra.
Sumari
La fibra òptica transmet informació confinant senyals de llum dins d’un nucli mitjançant una reflexió interna total. Aprofitant l’alta freqüència de Light, permeten una comunicació ultra-ràpida, de llarg abast i de baixa pèrdua. Les tecnologies clau inclouen la modulació de la llum, el control total de la reflexió, l’amplificació òptica i la gestió de la dispersió, fent de fibra òptica la columna vertebral dels sistemes de comunicació global moderns.