brevi cenni sulla fibra ottica

La fibra ottica, nella scienza e tecnologia dei materiali, indica un materiale costituito da filamenti vetrosi o polimerici, realizzati in modo da poter condurre al loro interno la luce, e che trovano importanti applicazioni in telecomunicazioni, diagnostica medica e illuminotecnica: con un diametro di rivestimento (mantello) di 125 micrometri (circa le dimensioni di un capello) e peso molto ridotto (un chilometro di fibra ottica pesa meno di 2 kg, esclusa la guaina che la ricopre), sono disponibili sotto forma di cavi, flessibili, immuni ai disturbi elettrici e alle condizioni atmosferiche più estreme, e poco sensibili a variazioni di temperatura…

storia

In epoca vittoriana il principio sul quale si basa la fibra ottica fu dimostrato per la prima volta da Daniel Colladon e Jacques Babinet, a Parigi nel 1840 circa. Il principio della riflessione totale interna venne utilizzato per illuminare le fonti delle fontane pubbliche. Il successivo sviluppo, nella metà del XX secolo, si concentrò sullo sviluppo di un fascio di fibre volto alla trasmissione di immagini, il cui primo impiego fu il gastroscopio medico. Il primo gastroscopio a fibra ottica semi-flessibile fu brevettato da Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters e Lawrence E. Curtiss nel 1956. Nel processo di sviluppo del gastroscopio, Curtiss produsse fisicamente la prima fibra ottica. Presto si susseguirono una varietà di altre applicazioni per la trasmissione di immagini…

descrizione

Ogni singola fibra ottica è composta da due strati concentrici di materiale trasparente estremamente puro: un nucleo cilindrico centrale, o core, e un mantello o cladding attorno a esso. Il nucleo presenta un diametro molto piccolo di circa 10 µm per le monomodali e 50 µm per le multimodali, mentre il mantello ha un diametro di circa 125 µm. I due strati sono realizzati con materiali con indice di rifrazione leggermente diverso, il mantello deve avere un indice di rifrazione minore (tipicamente 1,475) rispetto al nucleo (circa 1,5). Come ulteriore caratteristica il mantello deve avere uno spessore maggiore della lunghezza di smorzamento dell’onda evanescente, caratteristica della luce trasmessa in modo da catturare la luce che non viene riflessa nel nucleo…

funzionamento

Uno studio rigoroso della fisica delle fibre ottiche richiede concetti di optoelettronica e ottica quantistica. Usando un paragone di ottica classica, nelle fibre ottiche avviene un fenomeno di riflessione totale interna, per cui la discontinuità dell’indice di rifrazione tra i materiali del nucleo e del mantello intrappola la radiazione luminosa finché questa mantiene un angolo abbastanza radente, in pratica finché la fibra non compie curve troppo brusche…