Tipi di fibre ottiche e loro differenze

Le fibre ottiche sono di diversi tipi. A seconda delle applicazioni, le funzioni e le prestazioni richieste variano. La classificazione delle fibre ottiche dipende principalmente dalla lunghezza d'onda di lavoro, dalla distribuzione dell'indice di rifrazione, dalle modalità di trasmissione, dalle materie prime e dai metodi di produzione. Per le fibre ottiche utilizzate nelle comunicazioni, i principi di progettazione e produzione sono generalmente gli stessi, come ad esempio:
① bassa attenuazione;
② certa larghezza di banda e bassa dispersione;
③ facile da collegare;
④ facile disegno delle fibre;
⑤ alta affidabilità;
⑥ relativamente semplice da produrre;
⑦ basso costo.

1. Classificazione in base alla lunghezza d'onda di lavoro

• Fibre ottiche ultraviolette
• Fibre ottiche a luce visibile
• Fibre ottiche nel vicino infrarosso
• Fibre ottiche a infrarossi

2. Classificazione in base alla distribuzione dell'indice di rifrazione

• Fibre a indice graduale (SI)
• Fibre ad indice graduato (dette anche ad indice di gradiente, GI)
• Altri (come i tipi triangolari, a W, a rivestimento depresso)

3. Classificazione per modalità di trasmissione

• Fibre monomodali (incluse fibre a mantenimento della polarizzazione e fibre non a mantenimento della polarizzazione)
• Fibre multimodali

4. Classificazione per materie prime

• Fibre ottiche in silice
• Fibre ottiche in vetro multicomponente
• Fibre ottiche in plastica
• Fibre ottiche composite (come fibre rivestite di plastica, fibre a nucleo liquido)
• Fibre di materiale a infrarossi

5. Classificazione per metodi di produzione

• Produzione di preforme: VAD, CVD, PCVD, MCVD, OCVD
• Disegno della fibra: metodo rod-in-tube e metodo del crogiolo

Fibre ottiche in silice

Le fibre ottiche in silice sono costituite principalmente da biossido di silicio (SiO₂) e, regolando diverse concentrazioni di drogaggio, è possibile controllare la distribuzione dell'indice di rifrazione del nucleo e del rivestimento. Le fibre a base di silice hanno le caratteristiche di bassa perdita e ampia larghezza di banda. Rispetto alle fibre ottiche realizzate con altri materiali, le fibre di silice offrono anche una trasmissione a spettro completo dall'ultravioletto al vicino infrarosso (190-2500 nm).

Fibre ottiche in vetro multicomponente

Le fibre di vetro multicomponente, come fibre composite, sono prodotte mescolando ossidi come l'ossido di sodio (Na₂O), l'ossido di boro (B₂O₃), l'ossido di potassio (K₂O), ecc. con SiO₂. Le loro caratteristiche includono un punto di rammollimento inferiore rispetto al vetro di quarzo e una grande differenza di indice di rifrazione tra il nucleo e il rivestimento.

Fibre ottiche rivestite in plastica

Le fibre rivestite in plastica utilizzano vetro di quarzo di elevata purezza come nucleo e materie plastiche come il silicone o la resina - con indici di rifrazione leggermente inferiori al quarzo - come rivestimento, formando una fibra con indice a gradini. Rispetto alle fibre di silice, hanno diametri del nucleo più grandi e un'apertura numerica (NA) più elevata. Pertanto, si adattano facilmente alle sorgenti luminose LED e offrono una perdita di trasmissione relativamente bassa.

Fibre ottiche in plastica

Le fibre ottiche in plastica hanno il nucleo e il rivestimento interamente in plastica (polimero). I primi prodotti erano utilizzati principalmente per la decorazione, l'illuminazione e la comunicazione ottica a breve distanza. Le materie prime più comuni includono PMMA, polistirene (PS) e policarbonato (PC). La loro attenuazione è limitata dalla struttura intrinseca del legame C-H dei polimeri e in genere raggiunge diverse decine di dB per chilometro.

Fibre ottiche monomodali

Le fibre ottiche monomodali si riferiscono a fibre che possono trasmettere una sola modalità di propagazione alla lunghezza d'onda operativa, comunemente abbreviata in SMF (Single Mode Fiber). Le SMF non presentano dispersione multimodale e hanno una larghezza di banda di trasmissione più ampia rispetto alle fibre multimodali.

Fibre ottiche multimodali

Le fibre ottiche in grado di trasmettere più modalità sono chiamate fibre multimodali (MMF: Multi Mode Fiber). In base alla distribuzione dell'indice di rifrazione, le MMF si dividono in fibre ad indice graduato (GI) e fibre ad indice graduale (SI). L'indice di rifrazione delle fibre GI è massimo al centro del nucleo e diminuisce gradualmente verso il rivestimento. Nelle fibre SI, i diversi percorsi ottici determinano differenze temporali durante la riflessione e la trasmissione in avanti, causando una distorsione del segnale di uscita e un restringimento della larghezza di banda di trasmissione.