Fibre optice

Argument

Primii pasi in comunicatiile optice au fost facuti in 1870 de catre John Tyndall, care a reusit sa ghideze o raza de lumina printr-un jet de apa. Astfel, el a demonstrat ca lumina se poate propaga pe directia dorita, intr-un mediu diferit de aer.

In 1880, William Wheeling a patentat o metoda de transmitere a luminii. El a realizat un sistem de tevi care reflectau lumina. Astfel, el dorea iluminarea mai multor incaperi folosind o singura sursa de lumina prin intermediul tevilor, la fel cum se alimenteaza cu apa cladirile. Din cauza ineficacitatii, dar si din cauza inventiei tubului cu lumina incandescenta, conceptul de iluminare prin tevi nu a fost folosit. In acelasi an, Alexander Graham Bell a dezvoltat un sistem optic de transmitere a vocii numit Fotofon. Fotofonul folosea lumina exterioara pentru a transporta vocea pe distanta de 200m. Oglinzile montate in locuri speciale reflectau lumina soarelui catre o diafragma atasata de microfonul fotofonului. La capatul opus a montat intr-un reflector parabolic un rezistor din seleniu sensibil la lumina.

Tehnologia fibrei optice a inregistrat un progres extraordinar in a doua jumatate a secolului 20. in anii 1950 s-a inventat Fibroscopul, un aparat de transmisie a imaginii care folosea in premiera fibra de sticla. Primele fibre construite numai din sticla aveau pierderi foarte mari limitand distanta transmisiei. Acest lucru i-a motivat pe cercetatori, care au perfectionat fibra si i-au aplicat o manta de protectie confectionata tot din sticla, dar cu un indice de refractie mai mic, care avea rolul de a reflecta lumina care strapungea miezul fibrei, limitand pierderile. Dezvoltarea tehnologiei laser a fost urmatorul pas important in industria fibrei optice. Dioda Laser si dioda cu emisie de lumina aveau potentialul de a genera cantitati mari de lumina intr-un orificiu destul de ingust pentru a fi folosit pentru fibra optica. Semiconductorii laser au fost realizati in 1962; astazi acestia sunt cei mai folositi in industria fibrei optice.

CAPITOLUL I. GENERALITATI

1.1. Definitie fibre optice. Fenomene fizice

Fibra optica este o fibra de sticla sau plastic care transporta lumina de-a lungul sau. Fibrele optice sunt folosite pe scara larga in domeniul telecomunicatiilor, unde permit transmisii pe distante mai mari si la largimi de banda mai mari decat alte medii de comunicatie. Fibrele sunt utilizate in locul cablurilor de metal deoarece semnalul este transmis cu pierderi mai mici, si deoarece sunt imune la interferente electromagnetice. Fibrele optice sunt utilizate si pentru iluminat si transporta imagine, permitand astfel vizualizarea in zone inguste. Unele fibre optice proiectate special sunt utilizate in diverse alte aplicatii, inclusiv senzori si laseri.

Lumina este dirijata prin miezul fibrei optice cu ajutorul reflexiei interne totale. Aceasta face fibra sa se comporte ca ghid de unda. Fibrele care suporta mai multe cai de propagare sau moduri transversale se numesc fibre multimodale (MMF), iar cele ce suporta un singur mod sunt fibre monomodale (SMF). Fibrele multimodale au in general un diametru mai mare al miezului si sunt utilizate in comunicatii pe distante mai scurte si in aplicatii in care trebuie transferata multa putere. Fibrele monomodale se utilizeaza pentru comunicatii pe distante de peste 550 m.

Conectarea fibrelor optice una de alta este mai complexa decat cea a cablurilor electrice. Capetele fibrei trebuie sa fie atent taiate, si apoi unite fie mecanic fie prin sudare cu arc electric. Se utilizeaza conectori speciali pentru conexiuni ce pot fi inlaturate.

Reflexia. Daca lumina cade pe suprafata de separatie dintre doua medii, apare fenomenul de intoarcere (partiala), in mediul din care au venit a radiatiilor ondulatorii sau corpusculare. Cantitatea de lumina reflectata depinde de unghiul ?1 care este format de raza incidenta cu axa de incidenta (normala la suprafata de separatie). Raza luminoasa reflectata formeaza un unghi ?2 cu axa incidenta (fig. 1).

Raza reflectata:

- ramane in planul de incidenta format de raza incidenta si axa de incidenta;

- este situata pe partea opusa a axei de incidenta in raport cu raza incidenta;

- formeaza cu axa de incidenta un acelasi unghi: ?1 = ?2.

Fig. 1.Reflexia luminii.

Refractia. Daca o raza luminoasa trece oblic, cu un unghi de incidenta ?, dintr-un mediu mai putin dens (exemplu aerul) intr-un mediu mai dens (exemplu sticla) sau invers, atunci directia sa este schimbata in raport cu axa de incidenta, formand un unghi ? cu aceasta axa.

In cazul materialelor izotrope, materiale avand proprietati identice in toate directiile, se aplica legea de refractie a lui Snell: raportul dintre sinusul unghiului de incidenta si sinusul unghiului de refractie este constant si egal cu raportul c1/c2; c1 si c2 sunt vitezele de propagare a luminii in mediile 1 si 2.

, unde:

? = unghiul de incidenta,

? = unghiul de refractie,

c1 = viteza luminii in mediul 1,

c2 = viteza luminii in mediul 2.

In cazul a doua medii transparente, consideram mediul cel mai dens, cel in care viteza de propagare este mai lenta.

Daca consideram trecerea unei raze luminoase din vid , unde viteza de propagare este c0, intr-un mediu unde viteza de propagare este c, relatia este :

1. Emil Voiculescu, Tiberiu Marita - Optoelectronica, Editura Albastra, Cluj-Napoca, 2001

2. Doicaru, V. Parvulescu, M. - Transmisii prin fibre optice, Editura Militara, Bucuresti, 1994

3. Niculae Puscas - Fizica dispozitivelor optice integrate, Editura ALL Educational, 1998

4. Wim van Etten, Jan van der Plaats - Fundamentals of Optical Fiber Communications, Prentice Hall, 1991

5. John Powers - Fiber Optic Systems, Times Mirror High Education Group, Monterey, CA., 1993