7.  Banda passante della fibra ottica

La banda passante del segnale trasmesso nella fibra ottica dipende dagli allargamenti temporali Dt_c e Dt_m prodotti per dispersione cromatica e modale.

dove:

[Hz]

è la larghezza di banda per dispersione modale di una fibra lunga L (Km) e g è il fattore di concatenamento dei modi di valore compreso tra 0.5 e 1 con valore tipico g = 0.8. Per g = 0.5 si ha il totale concatenamento dei modi che produce un aumento della banda passante della fibra; per g = 1 si ha assenza di concatenamento.

[Hz]

è la larghezza di banda per dispersione cromatica.

Attenuazione per assorbimento

Nello spettro visibile e nel vicino infrarosso l'attenuazione dovuta ad assorbimento è prodotta dalla presenza di vari ioni metallici come impurezze nel vetro: Fe, Cu, Ni, Cr. Le corrispondenti bande di assorbimento mostrano un ampio picco la cui altezza dipende dalla concentrazione dell'impurezza e dallo stato di ossidazione. Ad esempio nel vetro, per un attenuazione di 1 dB/Km, la concentrazione di rame è di 2.5 parti di miliardo. Una maggiore concentrazione porta ad attenuazioni vertiginose.

Attenuazione per scattering

Le perdite per scattering sono dovute a vari processi di diffusione per cui parte della luce subisce una deviazione rispetto alla direzione iniziale di propagazione. In generale lo scattering è dovuto alla presenza di inomogeneità nel materiale. Esiste una inomogeneità ineliminabile che produce lo scattering di Raileigh che consiste nella fluttuazione locale dell'indice di rifrazione che si ha su distanze piccole rispetto alla lunghezza d'onda della luce. Queste fluttuazioni sono generate da variazioni termiche e dalla composizione del vetro e dipendono inversamente dalla quarta potenza della lunghezza d'onda. In fig. 10 si mostra l'andamento dell'attenuazione per scattering ed assorbimento in funzione della lunghezza d'onda di una fibra monomodale con cladding di silice drogata con germanio.

1^a finestra 0.8 < l < 0.9 m m (vicino infrarosso);

2^a finestra 1.3 < l < 1.35 m m;

3^a finestra l = 1.55 m m (lontano infrarosso).

Attualmente le finestre più utilizzate sono la 2^a e la 3^a a causa delle basse perdite valutabili intorno a 0.2-0.5dB/Km. Per ottenere attenuazioni ancora più ridotte si possono impiegare fibre al cloruro di potassio (KCl).

Perdite nelle connessioni fra fibre

Derivano dal disallineamento fra le fibre accoppiate e possono essere dovute allo spostamento laterale degli assi delle fibre. Anche la differenza di indice di rifrazione del materiale del core e del materiale che separa le estremità delle due fibre accoppiate, di solito aria, è una sorgente di perdite. La connessione tra fibre è un operazione molto complessa poiché richiede estrema precisione.

Perdite di accoppiamento tra sorgente e fibra

Non tutta la potenza generata dalla sorgente può essere trasferita nella fibra. Le relative perdite sono abbastanza elevate perché la luce emessa non è contenuta tutta nel cono di accettazione della fibra. I migliori accoppiamenti, ovviamente, si hanno tra sorgenti di piccola area e fibre con core di grande diametro. Non è possibile, però, soddisfare simultaneamente queste esigenze senza peggiorare qualche altra caratteristica. I problemi di accoppiamento sorgente-fibra sono più limitati se si utilizza un diodo LASER anziché un diodo LED.

Perdite di accoppiamento tra fibra e fotorivelatore

Sono meno rilevanti delle precedenti poiché il fotorivelatore ha un'area sensibile alla radiazione maggiore di quella del core della fibra. Si usano fotodiodi PIN e a valanga.