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Fibra multimodale step-index vs fibra multimodale graded-index

Aggiornato il 27 Feb 2023 by
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La fibra multimodale può essere suddivisa in fibra step-index e fibra graded-index in base alla distribuzione dell'indice di rifrazione della fibra. Poiché i due tipi di fibre multimodali differiscono nei principi di funzionamento, vengono utilizzati in scenari diversi. Leggete questo post per conoscere nel dettaglio i principi di funzionamento e le applicazioni di questi due tipi di fibre, nonché le loro differenze.

 

Principi di funzionamento e applicazioni della fibre multimodale step-index

Nelle fibre ottiche, una fibra step-index è una fibra in cui esiste un indice di rifrazione uniforme all'interno del nucleo e un indice di rifrazione nettamente ridotto nell'interfaccia nucleo/rivestimento a causa dell'indice di rifrazione inferiore nel rivestimento. Per la fibra multimodale step-index, la luce si propaga a zigzag lungo l'asse fibra/core secondo il principio della riflessione totale. La luce che entra nella fibra con angoli di incidenza diversi percorre percorsi diversi. Sebbene le luci incidenti si propaghino contemporaneamente alla stessa velocità in ingresso, il tempo per raggiungere l'uscita della fibra è diverso, dando luogo a una dispersione temporale chiamata dispersione modale.

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Poiché le comunicazioni digitali utilizzano impulsi di luce per trasmettere segnali lungo la fibra, la dispersione modale fa sì che gli impulsi si allarghino notevolmente e si disperdano quando viaggiano lungo la fibra. Più modalità trasmette la fibra, più gli impulsi si disperdono. Questo limita notevolmente la larghezza di banda delle fibre multimodali step-index. Inoltre, la dispersione modale non è positiva per la comunicazione in fibra ottica. Nei sistemi digitali in fibra ottica, quando la dispersione è grave, gli impulsi si sovrappongono l'uno all'altro, causando interferenze intersimbolo (ISI) e aumentando il tasso di errore di bit (BER). Pertanto, la dispersione della fibra non solo influisce sulla capacità di trasmissione della fibra, ma limita anche la distanza di trasmissione dei sistemi di comunicazione in fibra ottica. A causa di questa limitazione, la fibra multimodale step-index viene normalmente utilizzata nei sistemi di comunicazione a breve distanza (entro pochi chilometri) e a bassa velocità (8 Mb/s o meno) con un costo relativamente inferiore. Tuttavia, le cose cambiano nelle fibre monomodali step-index. Una fibra monomodale step-index può trasmettere solo la luce di un modo. Pertanto, la dispersione modale è molto ridotta, con un impatto minore sulla distanza di trasmissione. Normalmente, le fibre monomodali sono tutte fibre step-index.

 

Principi di funzionamento e applicazioni della fibra multimodale graded-index

La fibra multimodale graded-index è un tipo di fibra ottica in cui l'indice di rifrazione è più alto sull'asse del nucleo e poi diminuisce gradualmente verso l'interfaccia nucleo-cladding. In altre parole, l'indice di rifrazione di una fibra graded-index diminuisce gradualmente a partire dal centro, fino a raggiungere lo stesso valore del rivestimento sul bordo del nucleo. La variazione dell'indice di rifrazione causa la rifrazione piuttosto che la riflessione interna totale. Quando la luce passa attraverso uno strato con un indice di rifrazione inferiore, la luce si ripiega verso l'asse della fibra. La riflessione interna totale non si verifica perché la rifrazione riporta la luce sull'asse della fibra prima che raggiunga il confine del rivestimento.

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Nella fibra multimodale graded-index, la luce viaggia in avanti sotto forma di oscillazione sinusoidale. Come per le fibre multimodali step-index, le diverse luci in una fibra multimodale graded-index viaggiano lungo percorsi diversi. Tuttavia, la velocità di propagazione della luce nelle fibre multimodali graded-index è diversa perché la velocità della luce guidata varia in base all'indice di rifrazione del nucleo della fibra. Più la luce si allontana dal centro della fibra, più la sua velocità è elevata. La differenza di velocità compensa i percorsi più lunghi seguiti dai raggi luminosi che si allontanano maggiormente dal centro della fibra. Questa equalizzazione del tempo di trasmissione dei diversi modi riduce notevolmente la dispersione di modo, rendendo la larghezza di banda della fibra graded-index più elevata di quella ad step-index. Per questo motivo, la maggior parte delle fibre multimodali è oggi costituita da fibre graded-index. Rispetto alla fibra ad step-index, la fibra graded-index viene solitamente utilizzata nei sistemi di comunicazione a media distanza (10~20 km) e a velocità relativamente più elevata (34~140 Mb/s) con costi più elevati.

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Fibra multimodale steo-index vs fibra multimodale graded-index

Da quanto detto sopra, la fibra multimodale step-index e la fibra multimodale graded-index differiscono principalmente per i seguenti aspetti:

Funzione Fibra multimodale step-index Fibra multimodale graded-index
Dimensione della larghezza di banda Larghezza di banda inferiore Larghezza di banda superiore
Diametro del nucleo 50-200 µm Circa 50 µm
Scenari di applicazione Normalmente utilizzato in sistemi di comunicazione a breve distanza (entro pochi chilometri) e a bassa velocità (8 Mb/s o meno). Solitamente utilizzato nei sistemi di comunicazione a media distanza (10~20 km) e a velocità relativamente elevata (34~140 Mb/s).
Modulo di trasmissione dati La luce si propaga a zigzag lungo l'asse della fibra/del nucleo La luce viaggia in avanti sotto forma di oscillazioni/curve sinusoidali
Dispersione modale Influenza la capacità di trasmissione della fibra e limita la distanza di trasmissione Dispersione notevolmente ridotta rispetto alla fibra multimodale step-index, con conseguente maggiore larghezza di banda
Prestazioni Relativamente peggiore Relativamente migliore
Costo Più basso Più alto

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