NOTIUNI GENERALE PRIVIND FIBRELE OPTICE

EVOLUTIA SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

Fibrele optice au la baza fenomenul de reflexie totala. Principiul transmiterii unui fascicul luminos printr-un ghid de unda a fost pus in evidenta pentru prima data in 1870 de fizicianul englez J. Tyndall. Acesta a realizat un tub curbat umplut cu apa si a demonstrat posibilitatea acestui tip de transmisie.

In 1957, fizicianul Kapany a folosit pentru prima data termenul de fibra optica elaborand o introducere in teoria ghidurilor de unda. In 1966 fizicienii Kao si Hackman au publicat prima lucrare destinata transmisiei luminii prin "fibre subtirii" de sticla.

In perioada 1966-1970 a inceput dezvoltarea industriei fibrelor optice astfel ca primele fibre realizate aveau o atenuare A 1000dB/Km. In anul 1970 firma CORNING GLASS producea fibre cu A 25dB/Km. In prezent, fibrele optice performante produse au o atenuare deaproximativ 0,2dB/Km.

In domeniul senzorilor, fibrele optice au fost utilizate initial numai pentru senzori de tip extrinsec unilizandu-se, de fapt, sistemele de masurare clasice de tip spectrometric cu avantajul posibilitatii masurarii la distanta.

In anii 1970-1980 apar si fibre optice de constructie speciala in vederea obtinerii unor senzori intrinseci cu fibre optice. In 1983 are loc la Londra "prima conferinta inernationala de senzori cu fibre optice".

2. Aplicatii ale sistemelor cu fibre optice

2.1 Telecomunicatii

Primele aplicatii s-au facut in telefonie in conditiile in care traficul a devenit din ce in ce mai intens. Marele avantaj al sistemelor cu fibre optice este acela ca au imunitate mare la perturbatii.

O transmisie telefonica necesita o banda de baza de 4KHz, rata de transmisie fiind de 4KHz*2*8biti 64Kbiti/secunda. Folosind o rata de transmisie mai mare se pot transmite mai multe convorbiri pe aceeasi fibra optica. In prezent, au fost realizate fibre optice care permit o rata de transmisie de 1,2-1,7Gbps si se afla in studiu de cercetare o fibra optica cu o rata de transmisie de 20Gbps.

Aplicatii in telecomunicatii:

Prin voce, telefonic:

- legaturi intre orase, magistrale interoceanice;

- comunicatii in zone cu perturbatii electromagnetice (in apropierea centralelor electrice si a liniilor de distributie,de-a lungul cailor ferate electrificate);

- comunicatii militare.

Comunicatii video:

- televiziune prin cablu;

- minicamere tv cu fibre optice;

- aplicatii militare (rachete ghidate prin fibre optice).

Transmisii de date:

- retele de calculatoare;

- transmisii in avioane si nave maritime.

2.2. Senzori cu fibre optice

Senzori cu fibre optice, atat in varianta intrinseca cat si in varianta extrinseca, reprezinta un domeniu bine definit, ei acoperind intreaga gama a marimilor industriale dar si a unor marimi de natura chimica si biochimica.

Avantajele principale ale senzorilor cu fibre optice sunt:

dimensiuni si gabarite foarte reduse, posibilitatea de realizare in structuri compacte;

imunitate totala la perturbatii sau zgomote de natura electromagnetica;

pasivitate electrica (izolare galvanica intrinseca);

inertie termica si mecanica mica (raspuns foarte rapid);

folosirea unor materiale inerte din punct de vedere chimic si biocompatibile;

functonare fara curent electric - siguranta in medii cu pericol de explozie;

posibilitatea de multiplexare a semnalelor pe magistralele cu fibre optice (transmiterea mai multor mesaje simultan pe aceeasi fibra).

Marimi masurabile cu senzori cu fibre optice:

- marimi mecanice: deplasare, turatie, viteza, acceleratie, presiune, efort - ---- mecanic, debit, vibratii etc;

- marimi termice: temperatura;

- marimi electrice: curent, presiune, camp electric:

- marimi magnetice: intensitatea campului magnetic;

- marimi de natura radianta: radiatia optica;

- marimi chimice si biochimice: concentratia ionica, pH-ul etc.

2.3. Alte aplicatii ale fibrelor optice

Pe langa cele doua doua domenii amintite, in ultimii ani, s-au dezvoltat sau sunt in studiu urmatoarele genuri de aplicatii:

transmisia imaginii din locuri greu accesibile: endoscopia, aplicatii militare;

iluminatul cu fibre optice: aplicatii cu rol ambiental si decorativ;

transmisia radiatiei cu scop energetic: sisteme de alimentare prin fibra optica cu convertor fotovoltaic.

3. FIBRE OPTICE

In figura 1 este prezentata o fibra optica step index multimodala (una dintre cele mai folosite). Pentru a asigura reflexia totala in interiorul fibrei, conditia esentiala a propagarii undelor luminoase printr-o fibra optica, este necesar ca indicele de refractie al miezului sa fie mai mare decat indicele de refractie al camasii, iar unghiul de incidenta al fascicolului luminos la interfata miez-camasa sa fie mai mare decat unghiul critic q_c

Aceasta ultima conditie se obtine pentru un unghi de incidenta q_i la intrarea in fibra mai mic decat un unghi limita q_lim definit de "apertura numerica" a fibrei:

q_lim arcsin(