IPRO - PC Magazine Romania, Februarie 2004
SOLUŢII PENTRU PROGRAMATORII ŞI DESIGNERII WEB

Transmisia prin fibra optică

Oprean Traian

Fibra optică reprezintă mediul ideal pentru reţelele de mare viteză şi întindere medie şi mică datorită unor avantaje certe date de caracteristicile sale de transmisie.

Principiul transmisiei cu fibra optică, cabluri optice

Sistemele de comunicaţie cu fibre optice au o importanţă din ce în ce mai mare în transmisia şi prelucrarea datelor deoarece ofera o serie de avantaje suplimentare comparativ cu sistemele bazate pe transmisia informaţiei pe cale electronică. La sistemele optice semnalele sunt transmise sub forma de lumină (fotoni), fără sarcină electrică, şi de aceea nu sunt afectate de câmpuri electrice cum sunt cele ce apar în echipamentele de tensiune înaltă sau în timpul descărcărilor electrice. Similar, câmpurile magnetice, cum sunt cele produse de motoare şi transformatoare, nu au efect asupra transmisiei optice. Nu există probleme de interacţiune între canale învecinate de comunicaţie, deoarece fluxul luminos foarte redus ce s-ar pierde din fibra optică este reţinut în învelişul opac din jurul fibrei, asigurând că semnalele optice să nu interfereze chiar dacă fibrele sunt foarte apropiate una de cealaltă. Lipsa oricărei pierderi de semnal din fibră spre exterior asigură şi o securitate perfectă a transmisiei, fiind imposibilă măsurarea semnalului din exterior.

Izolarea electrică perfectă este un avantaj evident, oferind o libertate mai mare în proiectarea emiţătorului, a liniei de transmisie şi a receptorului, eliminând şi necesitatea buclelor de împământare. Avantajul cel mai important este însă banda de frecvenţe mai ridicată şi pierderile de transmisie mai reduse. La orice cablu coaxial sau paralel banda de frecvenţe variază invers proporţional cu pătratul lungimii, în timp ce la fibra optică aceasta variază doar invers proportional cu lungimea. Rezultă posibilitatea unor lungimi mari de tronson de fibră optică. Se remarcă o capacitate mare de transmisie şi viteze mari de transfer.

Principiul comunicatiei cu fibră optică

Cablul cu fibra optică este format dintr-un fir de material sticlos numit miez, acoperit cu un înveliş numit mantă. Proprietăţile de difracţie ale celor două medii de sticlă sunt diferite. Energia luminoasă se propagă în înteriorul fibrei optice într-un număr finit de configuraţii. Fiecare astfel de configuraţie, numită mod, are propriile proprietăţi de propagare. Fibra optică ce permite folosirea mai multor moduri de propagare poarta denumirea de fibră multimodală.

Modurile de propagare

Razele de lumină ce se propagă prin fibrele optice pot fi clasificate ca meridionale şi de rotaţie. Razele meridionale sunt acelea care intersectează axa fibrei în timpul propagării, după fiecare reflexie internă, în timp ce razele de rotaţie nu intersectează niciodată axa fibrei. Există de asemenea şi raze paralele cu axa fibrei, care se propagă prin fibră fără a fi reflectate. De interes pentru propagarea semnalelor prin fibrele optice sunt razele meridionale. Fibrele monomodale sunt acelea la care zona centrală şi apertura numerică sunt atat de mici încât prin fibră se poate propaga un singur mod. Există şi alte moduri dar aceastea se atenuează rapid.

Dispersia

În fibrele optice există două tipuri de dispersie, ce limitează lăţimea de bandă a semnalului: dispersia de material şi dispersia modală.

Dispersia de material este datorată propagării undelor de diferite lungimi de undă cu viteze diferite, chiar în acelaşi mediu de propagare. În consecinţă unde cu lungimi de undă diferite emise de sursă nu vor ajunge la receptor simultan şi vor avea o dispersie în timp datorită propagării în durate de timp diferite. Dispersia modală este produsă de diferenţa de drum de propagare dintre modurile de ordin redus şi cele de ordin înalt.

La fibrele cu index variabil în trepte dispersia modală poate fi redusă prin scăderea aperturii numerice pentru a permite numai modurilor de ordin redus să se propage. La fibrele cu index gradat efectul este redus deoarece modurile de ordin înalt se propagă cu viteză mai mare prin regiunile de index mai redus, astfel ca diferenţa de timp dintre modurile de ordin înalt şi cele de ordin redus nu este atât de mare ca la fibrele cu index variabil în trepte.

Dispersia este în general o problemă numai la distanţe mari de comunicaţie şi în consecinţă pentru aceste aplicaţii se folosesc fibre cu index gradat împreună cu emiţătoare laser, deşi preţul acestor fibre este mai mare decât al celor cu index variabil în trepte. La distanţe scurte (sub 500 metri) sunt preferate fibrele cu index variabil în trepte, cu bandă mai redusă, datorită costului sensibil mai redus şi a metodelor de cuplare mai simple.