LE FIBRE OTTICHE NELLE TELECOMUNICAZIONI. Presentato da: FAR ITALY S.r.l

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Patrizia Cosentino
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1 CENNI STORICI 1

2 LE FIBRE OTTICHE NELLE TELECOMUNICAZIONI Presentato da: Nicola Ferrari FAR ITALY S.r.l 2

3 CENNI STORICI Jean - Daniel Colladon fisico svizzero John Tyndall Fisico inglese La scoperta Lo scopritore Il divulgatore 3

4 CENNI STORICI Prime ricerche: attenuazione >1000 db/ Km; 1966 Kao e Hockman osservarono che l elevata attenuazione del segnale era dovuta essenzialmente alla presenza di impurità nella matrice vetrosa della fibra ottica; 1970 Kapron, Keck e Maurer della Corning Glass Works fabbricarono la prima fibra a bassa attenuazione circa 20 db/km; 4

presenza di impurità nella matrice vetrosa della fibra ottica; 1970 Kapron, Keck e

5 CENNI STORICI 1976 Primi impianti sperimentali Atlanta (USA), Lannion (Francia), Torino (ITALIA); 1980 Realizzati nel mondo 36 collegamenti. Installati 5000 km di fibra; 1985 Installati nel mondo 1 milione di km di fibra; 5

6 CENNI STORICI Negli anni a seguire si riuscì a ridurre l attenuazione delle fibre in silice fino al limite attuale pari a 0.16 db/km a λ =1550 nm!! Punto A Punto B 6

7 LA FIBRA OTTICA 7

8 Schema a blocchi di un impianto in fibra ottica Sorgente Trasduttore E/O Informazione Amplificatore o Rigeneratore Fotorivelatore Informazione Trasduttore O/E t 8

9 Lunghezza d onda, periodo, frequenza x A T=1/f λ λ La lunghezza d'onda λ di una radiazione è lo spazio percorso nella direzione di propagazione x nel tempo T necessario a compiere una oscillazione completa. Se si considera una radiazione monocromatica (segnale monofrequenziale), è possibile scrivere per la lunghezza d onda la relazione: t λ = VT = T è il periodo e f la frequenza. La velocità di propagazione nel mezzo è data dalla seguente relazione, nella quale c è la velocità nel vuoto ed n l indice di rifrazione del mezzo considerato: V = C n V f 9

Se si considera una radiazione monocromatica (segnale monofrequenziale), è possibile scrivere per la lunghezza d onda la relazione: t λ =

10 Indice di rifrazione n = c v = m/s 8 = 1,5 Indice di rifrazione vetro 2 10 m/s n 2 1 n 1 1,5 8 c = 3 10 m/s 8 v = 2 10 m/s Vuoto Vetro 10

11 La fibra ottica n 1 >n 2 Core nucleo n 1 Cladding Mantello n 2 11

12 La fibra ottica Guida circolare dielettrica in vetro rivestita con duplice strato di resina acrilica Core (nucleo): trasporta il segnale Cladding (mantello): confina il segnale nel core 250 µm 125 µm Diametro nucleo: Multimodo: 50 62,5 µm Monomodo: 10 9,6 8,1µm n 2 n 1 > n 2 n 1 Coating (rivestimento primario): protegge la fibra 12

il segnale nel core 250 µm 125 µm Diametro nucleo: Multimodo: 50 62,5 µm Monomodo:

13 Struttura di una fibra Rivestimento Primario Core SM 8-10 µm Core MM 50/62.5 µm Cladding 125 µm Rivest. Primario 250 µm Core Cladding 8-10 µm 50 µm 62,5 µm 125µm Rivest. Primario 250 µm

14 Rivestimento secondaro Tight e Loose Rivestimento aderente o Tight Buffer Coating Core Cladding Preferita per applicazioni all interno (indoor) patch cord bretelle Rivestimento lasco o Loose Buffer Tube Gel anti umidità Coating Core Cladding Preferita per applicazioni all esterno (outdoor)

(indoor) patch cord bretelle Rivestimento lasco o Loose Buffer Tube Gel

15 Struttura di una fibra Rivestimento Secondario tight Buffer di 900 µm Cladding Core 8 10µm 50/62.5µm 125µm Rivest. Primario 250 µm

16 NASTRO DI 4 FIBRE OTTICHE (RIBBON) T W H ALTEZZA (H) LARGHEZZA (W) SPESSORE (T) VALORI SPECIFICATI 380 ± 30 µm 1130 ± 50 µm > 25 µm

17 Sorgenti policromatiche e sorgenti monocromatiche. P [W] Spettro di una sorgente di luce policromatica λ (nm) Larghezza spettrale della sorgente [nm] Spettro di sorgenti di luce monocromatiche λ (nm) 17

18 Sorgenti ottiche a confronto LED Sorgenti λ LED LASER λ = nm λ 0 λ = nm Rel. amplitude (db) LD DFB Wavelength (nm) 18

amplitude (db) 0-10 -20-30 -40 LD DFB -50-60 1490

19 Tipi di fibre Il modo in cui l energia luminosa si propaga in fibra determina due tipi fondamentali di portante ottico: fibre ottiche multimodo monomodo step-index graded-index diverse tipologie Reti LAN Reti accesso e geografiche Le diverse tipologie di f.o. sono legate alle dimensioni del core e del cladding nonché al loro profilo d indice. 19

graded-index diverse tipologie Reti LAN Reti accesso e geografiche Le diverse

20 Fibre ottiche: tipologie n n 1 n 1 > n 2 n 2 Profilo d indice Multimodale salto d indice n 1 STEP INDEX 125 / 50 µm 20 MHz / 850 nm n 2 Multimodale variazione graduale d indice n 1 GRADED INDEX 125 / 50 / 62,5 µm 160 MHz / 850 nm e 500 MHz / nm n 2 Monomodale salto d indice profili esotici Oltre 10 GHz / km n 1 STEP INDEX 125 / 10 / 9,6 / 8,1 µm 20

indice n 1 GRADED INDEX 125 / 50 / 62,5 µm 160 MHz / km @ 850 nm e 500 MHz / km @1300 nm n 2

21 Cause di attenuazione 1) ASSORBIMENTO (perdita estrinseca) CAUSA: PRESENZA IMPURITA SiO 4 GRUPPI OSSIDRILI (OH - ) L ATTENUAZIONE DOVUTA ALLA PRESENZA DI GRUPPI OH - INTRAPPOLATI NEL RETICOLO VETROSO. TRATTASI DEL PRODOTTO DELLA CONTAMINAZIONE CON VAPORE ACQUEO DEL VETRO DURANTE LA LAVORAZIONE. O O Si O O Si OH - METALLI DI TRANSIZIONE (Cu, Fe, Ni, Cr, Co, Mn, V) O O 2) SCATTERING DI RAYLEIGH o DIFFUSIONE (perdita intrinseca) CAUSA: FLUTTUAZIONI DI DENSITA A LIVELLO MOLECOLARE SCATTERING DI RAYLEIGH, È DOVUTO ALLE DISOMOGENEITÀ CHE SI PRODUCONO NEL VETRO DURANTE IL PROCESSO DI RAFFREDDAMENTO. IN OUT BACKSCATTERING (RIFLETTOMETRO) 3) IMPERFEZIONI MECCANICHE (perdita estrinseca) Ellitticità del nucleo Eccentricità Del nucleo Ellitticità della fibra CAUSE: IMPERFEZIONI NELLA GEOMETRIA DELLA F.O. MICROCURVATURE: stress meccanici durante la fase produttiva. MICRO E MACROCURVATURE: (raggi di curvatura < 2 mm) le perdite aumentano al ridursi del raggio di curvatura e al crescere della λ MICROFRATTURE Torsione della fibra Microcurvature Macrocurvature 21

22 Finestre ottiche L andamento dell attenuazione, risultante delle varie componenti descritte, mostra che la trasparenza della fibra non è estesa ed uniforme. Al contrario l attenuazione mostra valori minimi solo nell intorno di ben determinate lunghezze d onda denominate finestre ottiche. α 5 [db/km] 4 Attenuazione totale Scattering di Rayleigh ITU-T G Assorbimento ossidrili OH 1 Assorbimento infrarosso Assorbimento ultravioletto Posizione nello spettro I FINESTRA II FINESTRA III FINESTRA λ ( µ m ) λ 850 nm 1310 nm 1550 nm attenuazione alle λ di funzionamento F.O. odierne 1,5 db a λ = 850 nm 0,35 db a λ = 1310 nm 0,2 db a λ = 1550 nm 22

23 Enti di Normativa Norme orientate alle applicazioni Livello Internazionale ITU-T SG6 SG15 Livello Europeo ETSI STC TM1 Norme orientate al prodotto industriale IEC SC 86A CENELEC SC86A SC86BXA SC86BXB

24 Enti di Normativa NORME ORIENTATE ALLE APPLICAZIONI: ITU: International Telecommunication Union Organizzazione internazionale con sede a Ginevra, fondata nel 1865, che provvede all emissione di standard internazionali denominati ITU-T per la parte via cavo e ITU-R per la parte radio. ETSI: European Telecommunications Standard Institute Ente europeo con sede a Nizza, la cui funzione è quella di discutere e stabilire normative tecniche nel campo delle telecomunicazioni.

Classificazione delle fibre ITU - T Parametri geometrici, ottici e trasmissivi GINEVRA 1865 Fibre ottiche G.650 Multimodali silice Plastica POF Monomodali silice Step - Index Graded - Index G.

25 Classificazione delle fibre ITU - T Parametri geometrici, ottici e trasmissivi GINEVRA 1865 Fibre ottiche G.650 Multimodali silice Plastica POF Monomodali silice Step - Index Graded - Index G.651 Standard G.652 >80% nel mondo Dispersion Shifted G finestra NZD G.655 Sistemi DWDM G.652 C/D All wave Zero water peak NZD Wideband G.656 All wave Zero water peak Maggiore insensibilità al microbending G.657 A/B Maggiore insensibilità al microbending Rivestimento da 200 µm X LS0H G.657 A2 25

26 Riassumendo: Fibre standardizzate ITU-T In ambito normativo internazionale ITU-T sono attualmente standardizzati diversi tipi di fibra ottica singolo modo: fibra singolo modo convenzionale (SM: Single Mode) con caratteristiche descritte nella Raccomandazione ITU-T G.652 fibra singolo modo a dispersione spostata (DS: Dispersion Shifted) con caratteristiche descritte nella Raccomandazione ITU-T G.653 fibra singolo modo a dispersione non nulla (NZD: Non Zero Dispersion) con caratteristiche descritte nella Raccomandazione ITU-T G

27 CARATTERISTICHE TRASMISSIVE ITU-T 27

28 INDICE DI RIFRAZIONE n F.O. G.651 (M.M.G.I.) λ = 850 nm: 1,485 λ = 1310 nm: 1,485 28

29 INDICE DI RIFRAZIONE n F.O. G.652 (SM-S/SM-R) λ = 1310 nm 1,4670 λ = 1550 nm 1, % reti terrestri 70 mil. Km nel mondo 29

30 INDICE DI RIFRAZIONE n F.O G.653 (D.S.) λ = 1550 nm 1,

31 INDICI DI RIFRAZIONE n F.O. G. 655 NZD λ = 1550 nm FIBRE PIRELLI 1,468 FIBRE CORNING 1,469 FIBRE ALCATEL 1,470 FIBRE LUCENT 1,470 31

32 VANTAGGI DELLE FIBRE OTTICHE 1 ELEVATA LARGHEZZA DI BANDA (oltre 10 GHz.km molti canali DWDM) 2 BASSA ATTENUAZIONE (0,2 db/km lunghi passi di ripetizione) 3 DIMENSIONI E PESO RIDOTTI 4 IMMUNITA AI DISTURBI ELETTROMAGNETICI 5 ASSENZA DI DIAFONIA TRA FIBRE PARALLELE 6 ELIMINAZIONE DEI PROBLEMI DI MESSA A TERRA 7 ISOLAMENTO ELETTRICO TRA Tx E Rx 8 SICUREZZA INTRINSECA IN AMBIENTI A RISCHIO 9 SEGRETEZZA DELLE COMUNICAZIONI 10 ELEVATA RESISTENZA ALLE CONDIZIONI AMBIENTALI 11 AMPLIABILITA DELLE PRESTAZIONI 12 BIDIREZIONALITA DEL SEGNALE SULLA STESSA FIBRA 13 COMPATIBILITA CON CAVI D ENERGIA 14 POSA VELOCE IN CONDOTTI ESISTENTI E NUOVI 15 ALTA QUALITÀ DI SEGNALE 16 RIDUZIONE DEL NUMERO DI ERRORI (BER) 17 COSTO CONTENUTO PER Mbit TRASMESSO 18 FACILE REPERIBILITA DELLE MATERIE PRIME 32

33 E adesso ci vuole... 33

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