Fibra Optică

CABLURI DIN FIBRE OPTICE

Deşi fibra optică simplă are o mare flexibilitate, datorită faptului că energia şi cantitatea de informaţie transmise prin fibră sunt limitate, se folosesc cabluri alcătuite din mai multe fibre optice simple.

CLASIFICARE:

Cablurile din fibre optice sunt de două feluri:

1. cabluri necoerente sau ghiduri de lumină, care se folosesc atunci când semnalul transmis de o fibră optică simplă a cablului nu este corelat cu semnalele transmise de celelalte fibre simple ale cablului; în astfel de cabluri nu este importantă poziţia relativă a diferitelor fibre simple care alcătuiesc cablul;

2. cabluri coerente, folosite în special pentru transmiterea imaginilor; la asemenea cabluri poziţia relativă a diferitelor fibre simple care intră în componenţa acestora este de importanţă vitală.

CABLURI NECOERENTE

Funcţia primară a cablurilor necoerente este de a transmite lumina dintr-un loc în alt loc. Avantajele lor faţă de alte dispozitive optice care pot îndeplini acelaşi rol sunt flexibilitatea, eficienţa ridicată, compactitatea şi posibilitatea de modelare a secţiunii transversale a fasciculului luminos. Flexibilitatea permite ghidarea luminii după drumuri complicate fără să fie necesară folosirea oglinzilor sau a prismelor. Eficienţa ridicată poate avea valori mai mari decât unu. Cu ajutorul cablurilor optice se poate modifica atât forma secţiunii transversale a unui fascicul luminos cât şi numărul de fascicule transmise; un singur fascicul de lumină poate fi divizat în mai multe fascicule de lumină separate, sau mai multe fascicule de lumină pot fi combinate într-un singur fascicul de lumină.

Structura de aranjare a fibrelor optice simple într-un cablu poate fi hexagonală sau pătratică. Într-un montaj hexagonal fibrele optice ocupă o fracţiune egală cu π/2√3=0,9069 din suprafaţa unui element de reţea, dacă nu se ia în consideraţie grosimea stratului protector de material, şi ocupă o fracţiune egală cu 0,9069 R0/R1, dacă se consideră şi grosimea stratului protector, R1 fiind raza secţiunii transversale corespunzătoare stratului protector. Într-un aranjament pătratic fracţiunea este de π/4=0,785, ceea ce determină ca transmitanţa acestor cabluri să fie mai mică decât cea a cablurilor cu aranjament hexagonal de 2/√3=1,115 ori.

Diametrul fibrelor optice din sticlă folosite pentru alcătuirea cablurilor poate ajunge până la 0,15mm fără ca flexibilitatea cablului să se reducă prea mult. Dacă se folosesc fibre optice din material plastic, diametrul maxim poate fi de cca 1,5mm. Prin curbarea (îndoirea) cablurilor, cele mai solicitate sunt fibrele optice exterioare. Astfel de solicitări duc la micşorarea transmitanţei cablului. În cazul cablurilor din sticlă transmitanţa se stabilizează la o valoare cu cca 1% sau 2% mai mică decât cea iniţială după aproximativ 100 de solicitări, pe când la cablurile din fibre optice din material plastic transmitanţa continuă să se reducă cu creşterea numărului de solicitări.

Temperatura până la care se folosesc cablurile din sticlă depinde de materialul stratului protector şi de materialul folosit pentru unirea fibrelor şi poate fi de până la 400ºC, iar temperatura maximă la care se mai pot folosi cablurile din plastic este impusă de materialul plastic folosit pentru obţinerea fibrelor.

CABLURI COERENTE

Deoarece fiecare fibră optică simplă, componentă a cablului, poate transporta o anumită cantitate de energie, corespunzătoare unui anumit element de suprafaţă a obiectului, independent şi fără influenţa fibrelor vecine, cablurile coerente servesc pentru transmiterea imaginilor dintr-un loc în altul.

Fibra optică este extrasă din furnal pe un tambur, având însă grija de a poziţiona spirele succesive ale elicoidului unele lângă altele fără să se suprapună. După ce s-a obţinut lăţimea dorită, se depune un nou strat prin inversarea sensului de spiralare a fibrei, numărul straturilor depinzând de numărul de fibre care trebuie sa alcătuiască cablul. După ce s-a realizat numărul dorit de straturi, fibrele de pe tambur se taie paralel cu axa tamburului. Procedeul nu permite obţinerea unor fibre mai subţiri de cca 20 μm, motiv pentru care se procedează la reîncălzirea cablului şi întinderea sa obţinându-se fibre cu diametre de cca 5 μm.

Datorită grosimii finite a materialului învelişului protector, o anumită cantitate de energie se pierde. Împrăştierile din miezul fibrei şi la suprafaţa fibrelor duc de asemenea la pierderi de energie. Ambele fenomene contribuie la trecerea luminii dintr-o fibră în alta. În cazul cablurilor necoerente aceasta duce, în cel mai rău caz, la micşorarea fluxului luminos. În cazul cablurilor coerente însă trecerea luminii dintr-o fibră în alta este însoţită de micşorarea contrastului din imaginea finală, motiv pentru care fibrele se acoperă cu un strat metalic protector sau cu un strat opac de sticlă.

În general, cele două tipuri de cabluri optice, coerente şi necoerente, prezintă aceleaşi proprietăţi optice, deşi din anumite puncte de vedere pot apărea deosebiri. De exemplu, folosirea izolaţiei pentru prevenirea trecerii luminii dintr-o fibră optică în alta.

Izolaţia dintre fibre nu este perfectă, încât de aceea, în fibre poate apărea lumină parazită. Când iluminarea suprafeţei de intrare a cablului se menţine în conul de lumină cu semiunghiul la vârf i<imax, lumina parazită se poate datora uneia din următoarele cauze:

• pătrunderea luminii prin materialul dintre miezul fibrei;

• abaterea de la reflexia internă totală;

• împrăştierea luminii în fibră sau la suprafaţa ei;

• curbarea cablului.

Orice defect constructiv al fibrelor optice poate duce la distorsionarea imaginilor. Aceste distorsiuni includ punctele întunecoase datorate fibrelor rupte sau sparte şi deformări ale imaginilor datorate alinierii incorecte a fibrelor în cablu. De cele mai multe ori abaterile de la alinierea axială determină o deplasare laterală a imaginii.

Există de asemenea şi o clasificare a fibrelor optice:

1. fibre simple- folosite pentru tramsmiterea unui semnal pe fibră (folosite la tefoane şi cablu TV);

2. fibre multiple - folosite pentru transmiterea mai multor semnale pe aceeaşi fibră (folosite la reţelele de calculatoare).

Fibrele simple au miezul foarte subţire (cam 3,5∙10-4 inci sau 9 microni în diametru) şi transmit lumină laser infraroşu. Fibrele multiple au miezul mai mare (cam 2,5∙10-3 inci sau 62,5 microni în diametru) şi transmit lumină infraroşie de la o diodă luminoasă (LED).