Hai mai guardato la TV via cavo? Può soddisfare le esigenze degli utenti di servizi multimediali come la televisione ad alta definizione, i video on demand e l'accesso a Internet, ma sapete come vengono trasmesse le informazioni in televisione? Si realizza attraverso una rete di linee sotterranee o sottomarine, cioè la fibra ottica. La maggior parte delle informazioni nel mondo oggi vengono trasmesse attraverso la fibra ottica. La fibra ottica viene utilizzata anche nei dispositivi medici. Impariamo come funziona la fibra ottica e come ha cambiato il mondo che ci circonda. I cavi ottici sono costituiti da migliaia di fibre ottiche e ciascuna fibra ha lo spessore di un capello umano. I cavi ottici trasportano informazioni sotto forma di luce.
La velocità della propagazione della luce tra mezzi diversi è diversa. Questo cambiamento di velocità è espresso dall'indice di rifrazione. Il cambiamento nella velocità della luce porta a un fenomeno interessante: la rifrazione. Per comprendere la rifrazione, possiamo immaginare un esperimento interessante. Supponiamo che la luce passi attraverso un prisma. Puoi vedere che la luce si piega sulla superficie del prisma invece di andare dritta. Questo fenomeno è chiamato rifrazione. La rifrazione si verifica quando la luce passa attraverso mezzi con indici di rifrazione diversi. Quando la luce passa da un mezzo ad alto indice di rifrazione a uno a basso indice di rifrazione, verrà piegata verso la superficie. La rifrazione farà sì che la matita posizionata nella tazza dell'acqua sembri piegata.
La fibra ottica utilizza efficacemente il principio della rifrazione. Ora deduciamo ulteriormente questo esperimento con il prisma. Supponiamo di utilizzare alcuni additivi per aumentare continuamente l'indice di rifrazione del vetro. Quando aumentiamo l'indice di rifrazione, la luce si avvicinerà sempre di più alla superficie del vetro. Dopo un po' vi accorgerete che la luce si propaga lungo la superficie del vetro. Se continuiamo ad aumentare l'indice di rifrazione, la luce ritornerà improvvisamente all'interno del mezzo originario e formerà una riflessione pura, chiamata riflessione totale. Possiamo ottenere una riflessione totale modificando la riflessione dell'angolo incidente senza dover aumentare l'indice di rifrazione. Questo angolo specifico è chiamato angolo critico e la luce tornerà al mezzo originale. Questo fenomeno di riflessione totale viene applicato alla trasmissione della luce in fibra ottica.
Ora torniamo all'argomento originale. In che modo le fibre ottiche trasmettono informazioni come le chiamate telefoniche o Internet? Qualsiasi informazione può essere rappresentata da una sequenza di {{0}} e 1. Supponiamo che tu voglia inviare un SMS di CIAO dal tuo cellulare. Innanzitutto, questa parola verrà convertita in una sequenza binaria. Dopo la conversione, il tuo cellulare trasmetterà questa stringa binaria come onde elettromagnetiche. Supponiamo semplicemente che 1 sia rappresentato dalle onde ad alta frequenza e 0 sia rappresentato dalle onde a bassa frequenza. La torre della stazione base locale riceverà queste onde elettromagnetiche. Nella torre della stazione base, le onde elettromagnetiche ad alta frequenza genereranno un impulso luminoso, altrimenti non ci sarà alcun impulso luminoso. Ora questi impulsi luminosi possono essere facilmente trasmessi attraverso le fibre ottiche. Gli impulsi luminosi che trasportano informazioni giungeranno a destinazione attraverso una complessa rete in fibra ottica. Pertanto, molti cavi ottici vengono distribuiti sulla superficie terrestre. Questi cavi ottici si trovano a terra e sul fondo del mare. Questi cavi ottici sono gestiti principalmente da operatori di telefonia mobile e altre organizzazioni.
Di seguito è riportato uno schema in sezione trasversale di un cavo ottico sottomarino. Come puoi vedere, solo una piccola parte viene utilizzata per posizionare la fibra ottica, mentre il resto viene utilizzato per proteggere e migliorare la struttura meccanica. Allora come fa l'amplificatore a ricevere energia sul fondo del mare? Poiché al centro del cavo ottico è presente un sottile guscio di rame, l'alimentazione viene fornita all'amplificatore lungo il cavo ottico, vale a dire, se un luogo non passa attraverso il cavo ottico, quel luogo diventerà un'isola per il telefono e Internet. Se confrontiamo la fibra ottica con i tradizionali cavi in rame, la fibra ottica presenta vantaggi sotto tutti gli aspetti. La fibra ottica può fornire una larghezza di banda maggiore e la velocità di trasmissione è molto più veloce rispetto al cavo in rame. La corrente nel cavo di rame genererà un campo elettromagnetico e causerà anche interferenze elettromagnetiche all'esterno del filo, mentre la luce nella fibra ottica sarà sempre protetta all'interno della fibra ottica, quindi non ci saranno interferenze da segnali esterni; un'altra caratteristica del cavo ottico è che è improbabile che la luce che entra dalla parete laterale continui a propagarsi lungo la fibra ottica, quindi la fibra ottica ha una maggiore sicurezza dei dati.
La fibra ottica è ampiamente utilizzata nella rete di comunicazione globale, nelle reti di telecomunicazioni pubbliche di vari paesi e in altri campi. Ma qual è l’elemento fondamentale che garantisce l’alta velocità e l’affidabilità della fibra ottica? La risposta è il laser. Il laser è una sorgente luminosa che produce un fascio di luce altamente focalizzato, monocromatico e coerente. Può convertire l'energia elettrica in energia luminosa e produrre un raggio luminoso con una lunghezza d'onda e una direzione specifiche. Nei sistemi di comunicazione in fibra ottica, i laser vengono solitamente utilizzati per convertire le informazioni in segnali ottici e trasmetterli alla posizione target attraverso la fibra ottica. Questi segnali ottici vengono modulati e codificati, trasmessi alla posizione target attraverso la fibra ottica e quindi demodulati e decodificati. Nella comunicazione in fibra ottica, il tipo di laser più comune e ampiamente utilizzato è il laser a semiconduttore.
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