FIBRE OPTICE

In ultimii ani, multe companii telefonice au trecut in tarile dezvoltate la inlocuirea tuturor cablurilor clasice cu fibre optice, iar companiile de televiziune au adoptat fibre optice pentru transmiterea programelor prin cablu pentru abonati.

In prezent transmisiile de date au devenit o necesitate aproape in toate domeniile de activitate. Volumul de date care se cere transmis este intr-o crestere continua si fara precedent. Astazi nu se pot imagina transmisii de date, comunicatii de telefonie, etc. fara implicarea fibrelor optice sau a satelitilor artificiali.

Comunicatiile prin fibra optica utilizeaza lungimi de unda in infrarosu, apropiate benzii de 800 nm.1600 nm, cu preferinta pentru lungimile de unda de: 850 nm, 1300 nm, 1500 nm, 1550 nm.

Fig. 1 Spectrul undelor electromagnetice.

LV - lumina vizibila: 380 nm - violet . 780 nm - rosu; UV -ultraviolete)

1 SCURT ISTORIC AL COMUNICATIILOR OPTICE

Transmiterea de informatii cu ajutorul luminii nu este o idee noua. Inca din antichitate se transmiteau semnale simple cu ajutorul focului (sau al fumului) la distante foarte mari (chiar si in timpuri mai recente se foloseau lampile de semnalizare pentru comunicatia intre vapoare). Astazi s-a ajuns la o retea mondiala de cabluri optice care transmit un volum enorm de informatii.

Ø      800 i.H - in Grecia erau transmise semnale folosind focul;

Ø      150 i.H - se transmit coduri alfabetice;

Ø      - se acorda primul brevet, lui Alexander Graham Bell, pentru un sistem de

comunicatie optica (numit "fotofon"); acesta permitea comunicatia la 200

m, folosind razele solare (semnalul generat de vibratiile unui 'microfon'

era modulat cu radiatia razelor solare)

Modalitatile de transmitere a mesajelor prezentate anterior depind de atmosfera, ca mediu de transmisiune, iar acest mediu este destul de instabil.

In consecinta, s-a cautat o ghidare a undelor printr-un material dielectric cu posibilitati de transmitere a luminii, cum este sticla (mediu cu parametri mult mai stabili, independenti de variatiile atmosferei).

Ø    1910 - Debye si Hondros au elaborat prima teorie a ghidurilor de unda realizate

din materiale dielectrice.

Ø      - inventarea laserului (LASER - amplificarea luminii prin emisia stimulata

a radiatiei; se bazeaza pe emisia fortata a luminii de catre unele sisteme

atomice in urma iradierii cu o sursa de radiatii secundare); astfel devine

posibila utilizarea unor fascicule de lumina dirijate si coerente; asadar, nu

mai ramanea decat inventarea unui mediu de propagare a acestei unde.

Ø      - Charles H. Kao si George A. Hockham, cercetatori la Standard

Telephones and Cables Ltd. publica un articol in revista PROCEEDINGS of IEEE, care evidentia ghidurile din fibre de sticla; articolul arata ca fibrele optice ar putea concura cablurile coaxiale folosite pentru comunicatie daca ar fi capabile sa transmita 1% din lumina aplicata, pe o distanta de 1 km (ceea ce ar corespunde unei atenuari £ 20 dB/km); la acel moment de timp, aceasta conditie nu era realizata - dupa numai 20 m, energia luminoasa transmisa scadea sub 1%).

Din acel moment multe laboratoare si colective de cercetare au inceput sa urmareasca atingerea acestei cerinte.

Ø      - se realizeaza primele fibre optice competitive cu retelele de cupru, cu

pierderi doar de 20 dB/km (firma CORNING GLASS WORKS a realizat

fibre optice din sticla de silica, prin depunere chimica din stare de vapori).

Ø      - Firma Bell Telephones instaleaza prima linie de comunicatii pe fibra

optica (cu lungimea de 1Km) in Georgia (Experimentul Atlanta).

Ø      - Firma Bell instaleaza primul sistem optic din lume pentru comunicatii

telefonice, video si de date (2,6 km) la Chicago.

British Post Office instaleaza in Anglia (la Essex) prima retea

experimentala telefonica din Europa pe fibra optica.

Ø      1979 - sunt comercializate diode laser ce emit pe 1300 nm, lungime de unda la

care dispersia in fibrele optice este minima; sunt realizate si diode laser

pe 1500 nm, la care atenuarea in fibrele optice atinge cea mai mica

valoare.

Ø      1986 - incepe productia pe scara larga pentru modulatoarele acusto-optice si

electro-optice cu incapsulare miniatura, functionand pe mai multe lungimi

de unda. In ultimii ani ai deceniului 9, laboratoarele AT&T si Bell trec la

utilizarea fibrelor optice monomod pe 1300 nm (se imbunatateste raportul

distanta/viteza de transmisie) in noile sisteme de transmisie de mare

capacitate.

Ø      1988 - TAT-8, primul sistem transoceanic prin fibre optice care leaga Franta

si Marea Britanie de SUA (firma AT&T);

Ø      - se realizeaza fibre optice cu rata de pierdere de 0,16 dB/km care permit

transmiterea informatiilor sute de km fara utilizarea repetoarelor.

Ø      TAT-9, al doilea sistem transoceanic prin fibre optice care leaga

Europa (Marea Britanie, Franta, Spania) de America de Nord (SUA,

Canada).

Ø      "astazi" se poate transmite in mod curent cu viteza de 11 Gb/s.

Ø      "maine" rata de transmisie va creste mai mult pe cablurile transoceanice, ceea ce

va permite realizarea unor parti optoelectronice integrate si a

calculatoarelor optice (cuantice).

In Romania, dupa 1990 s-a inceput un program de instalare a unei retele de comunicatie telefonica prin fibra optica, magistrala principala fiind:

Arad Europa de Vest si Centrala Brasov Bucuresti Constanta Turcia Asia.

Fibra optica montata este monomod si sistemele vor lucra pe lungimea de unda de 1300 nm (1,3 mm). In prezent, randamentul de transmisie este h = 95.96 %/km

INTRODUCERE

Fibrele optice utilizate in transmiterea de informatii sunt un caz particular al ghidurilor de unda pentru radiatiile luminoase. Aceste fibre optice sunt de fapt ghiduri de unda de forma cilindrica sau eliptica.

Ghidul de unda este un dispozitiv prin care unda luminoasa (dar nu numai) este transmisa dintr-un punct in alt punct cu o pierdere cat mai mica a caracteristicilor undei (frecventa, energie, polarizare, etc.).

In vid, dar si in medii omogene si izotrope din punct de vedere al caracteristicilor optice (indice de refractie n, permitivitate electrica relativa e_r), lumina se propaga rectiliniu.

Schimbarea directiei de propagare a luminii se realizeaza prin reflexie si refractie la nivelul unei suprafete de separatie intre doua medii transparente cu indici de refractie diferiti.

Astfel, prin plasarea unei oglinzi sau a unui mediu transparent in fasciculul luminos se poate schimba directia de propagare a acestui fascicul conform legii Snell a reflexiei si refractiei (Fig. 2):

(1)

unde: n₁ - este indicele de refractie al mediului de unde provine radiatia luminoasa;

n - este indicele de refractie al mediului in care patrunde lumina

(se va considera n₂ = - n₁ daca are loc fenomenul de reflexie).

Fig. 2 Reflexia si refractia luminii la nivelulul unei suprafete de separatie Σ intre doua medii omogene cu indici de refractie n si n

Directiile de propagare a undei reflectate si, respectiv a undei refractate sunt determinate de unghiurile i₁, respectiv i₂, cu normala in punctul de incidenta.

Fasciculele luminoase reflectate sau refractate pot fi imprastiate, difractate sau focalizate prin utilizarea diverselor instrumente optice: fante colimatoare, retele de difractie, lentile, prisme, etc. Acest tip de transmisie in spatiu liber este de baza in realizarea instrumentelor optice clasice.

Una din conditiile realizarii unui ghid de unda (schimbarea directiei de propagare a luminii) este relativ usor de indeplinit prin folosirea unor oglinzi sau a unei lame transparente. Totusi, din cauza ca cele doua fenomene (reflexia si refractia) apar simultan, iar energia undei reflectate sau refractate este, in general, mai mica decat a undei incidente, ghidul de unda astfel realizat nu are caracteristici foarte bune.

Exista insa posibilitatea ca unda reflectata sa preia toata energia undei incidente, atunci cand are loc reflexia totala interna la nivelul suprafetei de separatie Σ.

Reflexia totala se produce doar daca sunt indeplinite urmatoarele conditii (Fig. 3):

v     reflexia are loc la suprafata de separatie dintre doua medii transparente, iar unda incidenta provine din mediul cu indicele de refractie n₁:

n > n₂ (2)

v     unghiul de incidenta a undei incidente i trebuie sa fie mai mare decat un unghi limita (l):

(3)

Fig. 3 Reflexia totala a undei unde incidente la suprafata de separatie dintre doua medii cu indici de refractie n > n

Optica geometrica explica reflexia totala prin faptul ca, in conditiile date, raza incidenta nu mai sufera si o refractie in punctul de incidenta, deoarece nu mai poate fi satisfacuta legea refractiei (1) pentru i> l:

(4)

ceea ce este imposibil (pentru ca sin i^' £

3 STRUCTURA UNEI FIBRE OPTICE

O fibra optica este un ghid de unda dielectric, cilindric, realizat din materiale cu pierderi mici, cum este sticla de siliciu SiO₂.

Fibra optica are un miez central (de raza a) in care se propaga lumina (Fig. 4). Miezul este inconjurat de un strat (de raza b), cu indice de refractie mai mic decat al miezului, numit invelis (sau manta).

Fig. 4 Reprezentarea schematica a unei fire optice.

Intr-o astfel de fibra optica, lumina poate fi ghidata cu pierderi foarte mici, de doar 0,6 dB/km 3,6 %/km , prin fenomenul de reflexie totala.

4 TIPURI DE FIBRE OPTICE

Fig. 5 Tipuri de fibre optice.

(a) Fibra optica multimod fara gradient al indicelui de refractie; (b) Fibra optica monomod;

(c) Fibra optica cu gradient al indicelui de refractie.

Daca diametrul miezului este mic, atunci in fibra optica se poate propaga doar un singur mod (fibra se va numi fibra optica monomod - Fig. 5 b). Pe masura ce diametrul fibrei optice se mareste se pot propaga din ce in ce mai multe moduri (fibra optica multimod - Fig. 5 a).

Din punct de vedere constructiv, exista doua tipuri de fibre optice:

(1). Fibre optice fara gradient al indicelui de refractie;

(2). Fibre optice cu gradient al indicelui de refractie.

Propagarea undelor in fibrele optice multimod presupune existenta unor diferente intre vitezele de grup ale diferitelor moduri. Acest lucru duce la largirea pulsurilor pe masura ce unda traverseaza fibra (efect numit dispersie modala), ceea ce limiteaza viteza de transmisie a comunicatiilor pe fibrele optice fara gradient al indicelui de refractie.

Dispersia modala poate fi redusa prin utilizarea fibrelor optice cu gradient al indicelui de refractie (Fig. 5 c).

Fibre optice fara gradient al indicelui de refractie

In prezent, fibrele fara gradient al indicelui de refractie se produc in geometrii standard, pentru care raportul dintre diametrul miezului si a stratului exterior 2a/2b poate fi: 8/125; 50/125; 62,5/125; 85/125; 100/140 (valorile sunt trecute in mm

Indicii de refractie pentru miez , n₁ si pentru invelis, n₂ au valori apropiate, astfel incat variatia relativa a acestor indici este:

<<1 (5)

Fibrele optice fara gradient al indicelui de refractie sunt realizate din sticla de siliciu SiO de puritate mare si variatia indicelui de refractie se realizeaza prin doparea sticlei cu Ti, Ge, boron cu diferite concentratii. Astfel: n₁ functie de lungimea de unda folosita si Δ

Apertura numerica

O raza incidenta patrunde din aer intr-o fibra optica sub un unghi q_a fata de normala la planul de incidenta. Se pune problema de a calcula cat de mare trebuie sa fie unghiul q_a astfel incat raza respectiva sa fie reflectata total in interiorul fibrei.

Conform legii Snell la suprafata aer-miez:

(6)

unde n₀=1 (pentru aer).

Relatia (7) defineste apertura numerica a unei fibre optice. Apertura numerica a fibrei este sinusul unghiului de incidenta maxim pe care il poate avea o raza luminoasa atunci cand patrunde din aer in miezul fibrei, pentru ca mai apoi sa fie reflectata total (altfel spus, sa fie o raza ghidata de catre fibra).

Atunci cand diferenta relativa a indicilor de refractie este mica, se mai poate aproxima:

(8)

iar unghiul q_a se mai numeste si unghi de acceptare a fibrei (Fig. 6).

Apertura numerica descrie capacitatea fibrei de a ghida lumina. Trebuie mentionat si faptul ca razele de lumina reflectate la capatul fibrei sunt cuprinse intr-un con cu deschiderea q_a

Fig. 6 O unda este ghidata de catre fibra optica daca are un unghi de incidenta mai mic decat q_a (unghiul de acceptare, ce determina in spatiu un con de acceptare).

4.2 Fibre optice cu gradient al indicelui de refractie

Obtinerea fibrelor optice cu gradient al indicelui de refractie a permis reducerea imprastierii pulsului, datorita faptului ca diferitelor moduri de propagare prin fibra multimod le corespund viteze de grup diferite.

Fig. 7 Geometria si profilul indicelui de refractie pentru fibra optica cu gradient al indicelui de refractie.

Miezul unei astfel de fibre optice are un indice de refractie care variaza radial, fiind maxim in centrul fibrei si descreste pana la o valoare corespunzatoare indicelui de refractie al invelisului (indicele de refractie al invelisului este constant si egal cu n₂).

Intr-o fibra optica cu gradient al indicelui de refractie, traiectoriile razelor de lumina ghidate nu mai sunt drepte, ci curbe cu pasul mai mic decat in cazul fibrelor fara gradient al indicelui de refractie.

Daca lumina se propaga intr-un mediu transparent, avand indicele de refractie n, viteza sa de propagare se micsoreaza de "n" ori fata de viteza (c=3 10⁸ m/s) luminii in vid:

(9)

Tinand cont de acest aspect, se deduce ca viteza de faza pentru propagarea undelor luminoase in cazul fibrei optice cu gradient al indicelui de refractie este minima in centrul fibrei si creste gradual cu departarea de centru.

In consecinta, razele modului de propagare ce se apropie cel mai mult de axa fibrei (razele axiale) se vor propaga pe drumul cel mai scurt, dar cu viteza cea mai mica (deoarece parcurg regiunea cu cel mai mare indice de refractie).

Razele modului cel mai oblic se propaga pe distante mai lungi, dar in marea majoritate a timpului intr-un mediu unde viteza de faza este mai mare.

In aceste conditii, diferentele intre timpii de propagare si intre vitezele de grup pentru diferite moduri se reduc.

5 PRINCIPIUL TRANSMITERII OPTOELECTRICE A SEMNALELOR

Radiatia luminoasa (considerata intr-un sens mai larg - spectrul vizibil si spectrul infrarosu), se distinge de purtatoarele electrice clasice a semnalelor prin urmatoarele caracteristici:

domeniu de frecvente foarte ridicat, sute de THz ( 10¹⁴ Hz), astfel incat necesita

o tehnologie foarte speciala;

natura, in general incoerenta a surselor utilizate, confera radiatiei luminoase un

caracter "aleatoriu", care o face mai asemanatoare cu un "zgomot" (cu

spectrul mai mult sau mai putin limitat, functie de tipul sursei), decat cu un

semnal sinusoidal;

datorita caracterului aleatoriu, parametrul cel mai usor de modulat este,

actualmente, "intensitatea" sa (adica puterea optica);

intr-o comunicatie optica, ghidata sau nu, reducerea nivelului semnalului este

determinata de fenomenele de absorbtie (atenuare) si de difuzie.

Unda luminoasa care se propaga prin fibra optica are o valoare a puterii ce scade exponential cu distanta de propagare, datorita absorbtiei si a imprastierii (difuziei).

Atenuarea limiteaza marimea puterii optice transmise, iar dispersia limiteaza rata de transmisie a datelor deoarece determina imprastierea temporala a pulsurilor de date.

Coeficientul de atenuare a este de obicei definit in unitati dB/km:

(10)

unde este raportul puterilor transmise pe o fibra optica de lungime L (exprimata in km).

Coeficientul de absorbtie al sticlei de Si (SiO ) depinde puternic de lungimea de unda. Acest material are doua benzi de absorbtie puternica:

in infrarosu (IR) mijlociu (datorita tranzitiilor de vibratie);

in ultraviolet (UV) datorita tranzitiilor electronice si moleculare.

Intre cele doua benzi de absorbtie se formeaza fereastra de transmisie ce ocupa regiunea corespunzatoare IR apropiat.

In Fig. 8 se prezinta principiul transmiterii optoelectrice a semnalelor: un semnal electric este convertit in semnal luminos cu ajutorul unei diode luminiscente (sursa de lumina). Semnalul optic este cuplat apoi la fibra (linia) optica si soseste la partea receptoare, unde fotodetectorul (fotodioda) transforma semnalul optic intr-unul electric. Radiatia luminoasa este ghidata in linia optica prin fenomenul de reflexie totala.

Fig. 8 Principiul transmiterii optoelectrice a semnalelor

STRUCTURA UNUI SISTEM DE TRANSMISIUNI NUMERICE (STN)

PE FIBRE OPTICE (FO)

Un sistem de comunicatii prin fibre optice cuprinde 3 elemente de baza:

• o sursa de lumina;
• fibre optice (fara pierderi mari si cu valori mici ale dispersiei);
• un fotodetector.

Pe langa aceste elemente de baza, un sistem de transmisie a informatiei prin fibre optice mai poate contine accesorii optice cum ar fi:

• conectori optici;
• cuplori;
• comutatori;
• dispozitive de multiplexare sau de imbinare pentru fibrele optice.

Fig. 9 Structura unui sistem de transmisiuni numerice pe fibre optice.

(1). Fibra optica : - este suportul pentru transmiterea informatiei;

- este un ghid de unde complet dielectric, cu o lungime a benzii

de trecere foarte mare;

- asigura o calitate a transmisiunii foarte ridicata.

Fibrele optice de mare performanta (atenuare mica, frecventa mare) se realizeaza din material anorganic sticlos. In prezent insa, se realizeaza si fibre optice din materiale plastice la costuri de achizitie convenabile, mai ales pentru instalatii de comanda care necesita frecvente mai reduse.

(2). Emitatorul optic: - are rolul de al transforma semnalul electric intr-un semnal

optic (este un "traductor electro-optic") ;

- elementul principal al emitatorului optic este "sursa de

radiatie" (sursa optica) care genereaza o unda luminoasa

pentru informatia transmisa prin sistem;

- cu ajutorul sursei de radiatie, emitatorul optic realizeaza

conversia semnalului electric aplicat sub forma unui curent

la intrare (i_e (t)), intr-un flux luminos de putere optica p_e(t),

furnizat la iesire:

p_e(t) = h_opt i_e(t)

h_opt - reprezinta randamentul optic al emitatorului

Fibrele optice folosite in sistemele de comunicatie au coeficientul de atenuare redus si dispersia minima in anumite domenii spectrale (numite si "ferestre" spectrale). Pentru ca pierderile sa fie minime, se impune ca sursele de radiatie sa fie alese astfel incat radiatia emisa sa se situeze in aceste domenii spectrale.

Deci, sunt posibile numai anumite combinatii intre tipurile de surse si fibrele optice, pentru a se putea realiza un cuplaj cat mai bun intre fascicolul de radiatie emis si fibra optica.

Pentru realizarea surselor optice mai trebuie urmariti si alti parametri, cum sunt:

Puterea sursele trebuie sa fie suficient de puternice pentru ca dupa      parcurgerea

distantelor mari prin fibra optica sa se obtina un semnal detectabil si

suficient de curat - cat mai putin afectat de zgomot);

Viteza trebuie ca sursa de lumina sa poata fi modulata cu o rata mare);

Largimea spectrala (sursa trebuie sa aiba o largime spectrala cat mai mica,

pentru ca efectele de dispersie cromatica din fibra sa fie minime).

Zgomotul (sursa trebuie sa nu fie supusa unor fluctuatii aleatoare, in special

atunci cand se doreste realizarea unui sistem de comunicatii coerente).

Alte calitati sursele trebuie sa fie compacte, rezistente la schimbari ale

conditiilor de lucru (temperatura, umezeala, presiune, etc.), ieftine si

cu timp de viata cat mai mare

Sursele de radiatie pot fi:

- coerente (ex: diode laser semiconductoare);

- necoerente (ex: diode electroluminiscente - LED, diode superluminiscente).

Aceste surse emit radiatii in domeniul infrarosu apropiat (0,75. 1,5 mm), corespunzator "ferestrelor" spectrale ale FO; sursele luminoase se pot modula prin variatia curentului ce se aplica direct jonctiunii semiconductoare.

Diodele laser au avantajul ca au o putere mai mare (zeci de mW), au viteze mai mari (in domeniul GHz) si o largime spectrala mai mica. Totusi, ele sunt sensibile la variatii de temperatura. Diodele laser multimod sufera si de o repartitionare a zgomotului, adica o distribuire aleatorie a puterii laser pe moduri ce conduce la o fluctuatie aleatorie a intensitatii si deformarea pulsurilor transmise.

Diodele laser mai sufera si de un fenomen de modificare rapida a maximului frecventei transmise atunci cand puterea optica este modulata (fenomenul se mai numeste

si "tril" laser, fiind asemanator cu modificarea rapida a frecventei in cazul unui ciripit de pasare).

Diodele LED sunt realizate in doua structuri de baza:

- cu emisie de suprafata;

- cu emisie de margine.

LED-urile cu emisie la suprafata sunt mai fiabile, mai ieftine si mai simple, dar au o largime spectrala mare (mai mult de 100 nm in banda de 1,3 pana la 1,6 mm). Atunci cand opereaza la putere maxima, se pot realiza modulari in frecventa de pana la 100 Mb/s dar se pot obtine si viteze mai mari (de pana la 500 Mb/s) daca se reduce puterea.

Diodele cu emisie de margine sunt asemanatoare diodelor laser (la care se inlatura cavitatea rezonanta) si produc mai multa putere si o largime spectrala mai mica in dauna cresterii complexitatii si costurilor.

Surse de 0,87 mm: LED-uri AlGaAs sau AlGaAs/GaAs (cu emisie de suprafata) si

diode laser.

Surse de 1,3 si 1,65 mm LED-uri InGaAsP cu puteri si viteze moderate)

Necesitatea unei latimi spectrale mici nu trebuie indeplinita strict deoarece la 1,3 mm dispersia materialului este minima.

Surse de lumina cu lungimi de unda mai mari: in banda 2.4 mm pentru fibre cu

pierderi foarte mici, se utilizeaza diode laser (InGaAsSb/AlGaAsSb)

cu l mm la T 300 K si puteri de aproximativ 2 W.

(3). Receptorul optic: - ("traductor optoelectronic") are rolul de a reconverti puterea

optica receptionata p_r(t), intr-un curent electric i_r(t);

i_r(t) = s_l p_r(t) (s_l - este un coeficient de reconversie) (12)

- elementul de baza al receptorului optic este "fotodetectorul"

- ca si fotodetectori se folosesc:

fotodiode obisnuite

fotodiode in avalansa ( cele mai utilizate).

Fotodioda in avalansa (APD) are avantajul unei amplificari inaintea amplificarii din circuitul electronic, reducand zgomotul din circuit. Totusi, mecanismul de amplificare introduce un zgomot ce duce la reducerea benzii de receptie. Mai mult, fotodiodele APD necesita alimentarea cu inalta tensiune si sunt sensibile la variatii de temperatura.

Detectori la 0,87 mm: fotodiodele obisnuite (p-i-n) si APD (de regula fotodiodele APD

cu silicon sunt mai sensibile cu 10.15 dB fata de celelalte

fotodiode).

Detectori la 1,3 si 1,55 mm: fotodiodele cu silicon nu pot fi utilizate in acest domeniu

datorita faptului ca diferenta dintre nivelele energetice intr-o astfel

de dioda este mai mare decat energia fotonilor.

Se vor utiliza fotodiode p-i-n cu Ge si InGaAs datorita stabilitatii

lor termice si zgomotului relativ mic.

La lungimi de unda mai mari se utilizeaza fotodiode fabricate din materiale din grupele

II-VI (ex: HgCdTe) sau din grupele IV-VI (ex: PbSnTe).

(4). Regeneratorul: - are rolul de a compensa pierderile prin radiatie in FO;

- pe baza semnalului primit la intrare, el tebuie sa produca la

iesire un semnal digital identic cu cel emis de regeneratorul

anterior.

(5). Interfata digitala la emisie: - este plasata intre multiplexor si emitator, avand rolul

de a transforma semnalul digital oferit de multiplexor astfel

incat sa poata fi transmis la distanta cu un minim de erori.

(6). Interfata digitala la receptie: - este plasata intre receptorul optic si utilizatorul

semnalului transmis (demultiplexor); realizeaza operatiile

inverse celor de la emisie.

In timp s-au creat cateva tipuri de sisteme de comunicatii cu fibre optice:

v     Sistem 1 corespunde tehnologiei anilor 1970; utilizeaza fibre multimod la 0,87

mm fara gradient, sau cu gradient al indicelui de refractie.

Sursa de lumina este LED sau laser, iar detectorii utilizati sunt de tip

p-i-n sau APD.

Performantele acestui sistem sunt limitate de atenuarea mare a fibrelor

si de dispersia modala.

v     Sistem 2 este un sistem in care dispersia de material este minima.

Se utilizeaza surse LED sau laser si ambele tipuri de detectori.

Performanta sistemului este determinata de atenuarea fibrei (fibre

monomod la 1,3 mm

v     Sistem 3 utilizeaza fibre monomod la 1,55 mm La aceasta lungime de unda,

fibra are atenuare minima si performantele sistemului vor fi determinate

doar de dispersia materialului. Aceasta dispersie se poate reduce atunci

cand se utilizeaza laseri ce emit un domeniu ingust de frecvente

(InGaAsP).

Toate aceste sisteme de transmisie a informatiei prin fibre optice sunt cunoscute si sub denumirea de cele 3 generatii de sisteme de comunicatii optice.

Marea majoritate a sistemelor utilizate astazi sunt de generatia a III-a. De exemplu, cablul transatlantic (AT&T) TAT-9 utilizeaza fibre monomod la 1,55 mm cu laseri DBF InGaAsP; informatia este transmisa la o viteza de 560 Mb/s pe fiecare pereche de fibre; aproximativ 80.000 de comunicatii voce simultane sunt transmise 6000 km intre SUA si Canada pana in Marea Britanie, Franta si Spania.

Un alt sistem interesant in comunicatiile optice este sistemul de transmisie cu solitoni. Solitonii sunt pulsuri optice foarte scurte (1.50 ps) care se pot propaga pe distante mari in fibrele optice fara schimbarea formei de puls, ca si cum mediul de propagare este total nedispersiv. In astfel de sisteme se utilizeaza fibre optice dopate cu Er pentru a compensa eventualele pierderi prin absorbtie. Prototipul unui astfel de sistem poate transmite Gb/s la 12.000 km distanta fara amplificare intermediara.

Toate sistemele descrise mai sus utilizeaza detectia directa, in care semnalul luminos este detectat direct de fotodetector.

Sistemele din generatia a IV-a utilizeaza detectia coerenta, in care pe detector mai ajunge si un semnal de referinta, dat de o sursa locala de lumina.

7 Avantajele STN pe FO

Transimisiile digitale pe FO reprezinta un domeniu in plina dezvoltare, datorita avantajelor pe care le ofera comparativ cu transmisiunile pe cabluri clasice:

cablurile optice au diametre mici, sunt usoare, flexibile (deci usor de instalat si

manipulat);

costul materiei prime (silicatii) necesare fabricarii FO este redus (comparativ cu

cuprul), iar cantitatea necesara este mai mica (cuprul, ca materie prima, va fi

inlocuit cu sticla);

securitate crescuta pentru transmiterea de informatii (nu pot fi aflate datele

transmise fara a afecta semnalul);

datorita proprietatilor dielectrice ale sticlei, FO permite obtinerea unei izolatii

electrice totale intre echipamente (nu exista scurtcircuite si nu este necesar

un punct comun de masa);

FO rezista foarte bine la temperaturi inalte ( C), materialul de protectie

fiind teflonul;

FO prezinta o imunitate foarte mare fata de zgomote, interferente si diafonii

(deci, pot fi utilizate in medii cu perturbatii electromagnetice ridicate);

FO au grad relativ mare de rezistenta la radiatiile nucleare;

banda de trecere foarte mare a FO si atenuarea relativ mica (a< 0,2 dB/km) vor

permite realizarea unor sisteme de transmisiuni digitale mut mai simple si

mult mai ieftine decat cele clasice;

STN pe FO permit transmiterea unor semnale de banda larga, permitand

multiple servicii oferite utilizatorilor:

o       telefonie multipla;

o       transmisii video;

o       videotelefon;

o       transmisiuni de date;

o       legaturi INTERNET;

o       multimedia, etc.

In ultimii ani FO au inceput sa fie utilizate si in energetica (permit diferente de potential de ordinul megavoltilor).