Dispositivi connessi con fibre ottiche

Le comunicazioni ottiche hanno cambiato radicalmente il settore delle telecomunicazioni e sono diventate la scelta più adatta per l’installazione di Internet a banda larga o per l’installazione di reti dati più esigenti, grazie a una serie di vantaggi rispetto ai cavi in rame:

• I cavi ottici hanno una larghezza di banda molto maggiore rispetto ai cavi in rame (ovvero è possibile una velocità di trasferimento molto più elevata, anche superiore ai 10 GB/s).
• A causa delle minori perdite, sono possibili distanze di trasmissione maggiori (ad es. la distanza massima consigliata per i conduttori in rame è di 100 m, mentre le fibre ottiche possono raggiungere una trasmissione di oltre 10 GB/s su una lunghezza di 40 km e oltre).
• Le reti ottiche riducono i problemi dovuti al ritardo del segnale rispetto a Internet cablato.
• I cavi ottici sono resistenti alle interferenze elettromagnetiche, quindi sono adatti per ambienti con forti disturbi elettrici. Sono anche adatti per la comunicazione con apparecchiature in una stanza blindata, dove, durante i test EMC, viene generato un forte campo elettromagnetico. Inoltre, i segnali luminosi provenienti da una fibra non interferiscono con la comunicazione in altre fibre all’interno dello stesso cavo ottico.
• Le fibre ottiche sono più piccole e leggere rispetto ai fili di rame (ad esempio, hanno una sezione trasversale 30 volte più piccola rispetto al conduttore di rame), quindi è possibile inserire più fibre ottiche in un cavo ottico con un determinato diametro.
• Le fibre ottiche di solito hanno una durata maggiore (anche più di 100 anni).
• I cavi ottici sono più sicuri perché non emettono segnali elettromagnetici, quindi la trasmissione non può essere intercettata, mentre qualsiasi tentativo di penetrare attraverso il cavo di vetro provoca una “fuga di luce”, che porta ad un notevole deterioramento della qualità della comunicazione, che è facilmente rilevabile. Le comunicazioni ottiche consentono inoltre distanze di trasmissione maggiori, quindi è possibile installare l’hardware e l’elettronica in una posizione centrale, a differenza dei sistemi basati su conduttori in rame, dove le apparecchiature devono essere installate in più posizioni.
• Le fibre ottiche sono più economiche dei fili di rame perché sono fatte di biossido di silicio (cioè SiO2), che è un materiale molto comune.
• Le fibre ottiche hanno un’elevata resistenza alla trazione, sono flessibili, si piegano facilmente e sono resistenti alla maggior parte dei materiali corrosivi.

Nonostante i vantaggi rispetto ai conduttori in rame, i cavi in fibra ottica presentano anche alcuni svantaggi:

• Le fibre ottiche sono più fragili e soggette a danni rispetto ai conduttori in rame. Le fibre non devono essere attorcigliate o piegate troppo strettamente.
• Le fibre ottiche sono difficili da congiungere.
• Le fibre ottiche sono più costose da installare in quanto devono essere installate da professionisti.
• Le fibre sono meno robuste dei fili di rame.
• I cavi in fibra ottica sono piccoli e compatti, il che li rende più facili da rompere o danneggiare durante le attività di montaggio o costruzione.

In generale, vi esistono tre tipi di cavi ottici:

• Le fibre ottiche a filamento singolo hanno un diametro del nucleo più piccolo (9 mm) e consentono alla luce di propagarsi con una sola lunghezza d’onda. Ciò riduce significativamente la riflessione della luce e riduce l’attenuazione. Le fibre ottiche a filamento singolo sono generalmente leggermente più costose delle fibre ottiche a più filamenti. Sono spesso utilizzate nelle reti di comunicazione a lunga distanza.
• Le fibre ottiche a più filamenti hanno un diametro del nucleo maggiore rispetto alle fibre a filamento singolo, consentendo a più percorsi e più lunghezze d’onda di trasmettere la luce. Le fibre ottiche a più filamenti sono disponibili nei diametri di 50 μm e 62,5 μm, e vengono generalmente utilizzate per comunicazioni a breve distanza. A seconda della variazione dell’indice di rifrazione nel nucleo della fibra, sono suddivise in Step-Index Multimode Fiber e Graded-Index Multimode Fiber.
• Le fibre ottiche in plastica sono fibre ottiche a nucleo largo con una variazione graduale dell’indice di rifrazione nel nucleo della fibra e un diametro tipico della fibra di 1 mm. Il diametro maggiore facilita la cattura di grandi quantità di luce da sorgenti e connettori. I connettori in fibra di plastica non richiedono un’elevata precisione, quindi sono più economici, più durevoli e più facili da installare. Le fibre ottiche in plastica sono consigliate per applicazioni che non richiedono un’ampia larghezza di banda su lunghe distanze.

Le lunghezze d’onda nelle comunicazioni ottiche variano in genere da 800 nm a 1600 nm, ma le lunghezze d’onda più comuni sono 850 nm, 1300 nm e 1550 nm. Le fibre ottiche a più filamenti funzionano tipicamente a 850 nm e 1300 nm, cioè a lunghezze d’onda corte, mentre le fibre omogenee sono ottimizzate per 1550 nm e 1310 nm (meno comuni), cioè per una lunghezza d’onda lunga. Oltre a diverse lunghezze d’onda, incontriamo anche un’ampia varietà di connettori per fibre ottiche. I più comuni sono il connettore Bionic (obsoleto), il connettore standard SC, il connettore Ferrule Core FC, il connettore ST, il connettore SMA, il connettore Lucent LC, il connettore Plastic Fiber Optic Cable, il connettore Enterprise Systems Connection ESCON, il connettore Fiber Distributed Data Interface FDDI, il connettore Opti-Jack, il connettore LX-5, il connettore Volition, il connettore MT-RJ, il connettore MU, il connettore MT e il connettore E2000. I connettori sono disponibili anche con superfici variamente lucidate, il che influisce sulle perdite di ritorno del connettore (cioè il riflesso di ritorno della luce). I connettori sono disponibili come connettori UPC, in inglese Ultra Physical Contact, di colore blu, oppure i connettori APC, in inglese Angled Physical Contact/Angled Polish Connector, di colore verde. Quest’ultimi hanno la superficie del nucleo tagliata con un angolo di 8°, che riduce le perdite ottiche di ritorno. I connettori UPC e APC non sono intercambiabili a causa della diversa angolazione della superficie del nucleo, quindi i connettori devono essere controllati accuratamente prima del collegamento.

La metrologia nel campo delle fibre ottiche è simile alla metrologia nel campo delle RF&MW. La luce è generata da una sorgente laser ottica e i parametri più importanti sono la lunghezza d’onda, la potenza ottica e la linearità. Questo è molto simile ai generatori di segnali e funzionali nella gamma RF&MW, dove i parametri principali sono la frequenza e la potenza generata (tensione). La luce viene trasmessa attraverso le fibre ottiche, splitter ottici e attenuatori ottici che fungono da cavi elettrici, divisori di potenza e attenuatori nella gamma RF&MW; in entrambi i casi l’attenuazione è il parametro più importante. La potenza ottica viene misurata con un misuratore di potenza ottica, in modo simile ai pantografi a microonde nella gamma RF&MW. La rete ottica può essere diagnosticata con un riflettometro ottico nel dominio del tempo OTDR (in inglese optical time domain reflectometer), che ha una funzione simile a un analizzatore di rete vettoriale VNA (in inglese vector network analyzer). Infine, ma non meno importante, una particolare attenzione va prestata ai diversi tipi di connettori (soprattutto per connettori UPC e APC) e alla pulizia dei contatti. D’altra parte, nell’area RF&MW, occorre prestare particolare attenzione alla profondità dei pin del connettore, nonché a diversi tipi di connettori (ad es. connettori di tipo N per 50 Ω e 75 Ω sembrano molto simili, ma i pin del connettore hanno dimensioni diverse).

Alla SIQ tarare sorgenti laser ottiche, misuratori di potenza ottica, fibre ottiche, attenuatori ottici e riflettometri ottici OTDR. La taratura è possibile su apparecchiature di misura operanti ad una lunghezza d’onda di 1310 nm e 1550 ns, e basate su fibre ottiche uniformi da 9 μm con connettori FC/PC o SC/PC.