Principi di base delle fibre e dei cavi ottici

La trasmissione della fibra ottica si basa sul principio della riflessione interna totale, che si verifica quando la luce incontra l'interfaccia tra due mezzi diversi. In un passaggio-indice della fibra ottica-dove n1 rappresenta l'indice di rifrazione del mezzo del nucleo e n2 rappresenta l'indice di rifrazione del mezzo del rivestimento, con n1 > n2-la riflessione interna totale si verifica quando la luce che entra nel nucleo colpisce l'interfaccia nucleo-rivestimento con un angolo di incidenza maggiore dell'angolo critico (θc). In queste condizioni, nessuna energia luminosa fuoriesce dal nucleo e la luce incidente è in grado di propagarsi in avanti attraverso l’interfaccia attraverso innumerevoli riflessioni interne totali.

Tuttavia, quando una fibra ottica viene piegata, la normale all'interfaccia cambia direzione, determinando angoli di incidenza più piccoli. Di conseguenza, l'angolo di incidenza di una porzione dei raggi luminosi scende al di sotto di θc, impedendo loro di subire una riflessione interna totale. Tuttavia i raggi con angoli di incidenza inizialmente maggiori possono ancora subire una riflessione interna totale; pertanto, la trasmissione della luce persiste anche quando la fibra viene piegata, sebbene questa piegatura provochi una perdita di energia. Tipicamente, quando il raggio di curvatura supera i 50-100 millimetri, la perdita risultante è trascurabile. Al contrario, piegature minime possono causare gravi "perdite da microflessione".

La teoria delle onde elettromagnetiche viene spesso impiegata per studiare ulteriormente i meccanismi di trasmissione della fibra ottica, in particolare risolvendo le equazioni d'onda soggette alle condizioni al contorno del mezzo della guida d'onda in fibra ottica. La luce che si propaga all'interno di una fibra ottica comprende numerosi "modi", ciascuno dei quali rappresenta una distribuzione specifica del campo elettromagnetico e corrispondente a un particolare raggio luminoso come descritto nell'ottica geometrica. Le modalità guidate specifiche presenti all'interno di una fibra ottica dipendono dalla frequenza normalizzata della fibra (numero V-).
In questo contesto, NA denota l'Apertura Numerica, un parametro relativo agli indici di rifrazione del nucleo e del rivestimento; *a* rappresenta il raggio del nucleo della fibra; e λ rappresenta la lunghezza d'onda della luce trasmessa. Quando una fibra ottica viene piegata, si verifica l'accoppiamento modale; una parte dell'energia si sposta dai modi guidati ai modi di radiazione, fuoriuscendo così dal nucleo e perdendosi.
Caratteristiche prestazionali: i parametri principali che caratterizzano una fibra ottica includono attenuazione, larghezza di banda e altri.