Fibre ottiche

Fibre ottiche Linee di trasmissione della radiazione elettromagnetica, costituite da materiali dielettrici con alto indice di rifrazione, ad esempio vetro. Il segnale da trasmettere, immesso a un'estremità della fibra, si propaga al suo interno con perdite di intensità molto ridotte.

La trasmissione della luce nelle fibre ottiche si basa sul fenomeno della riflessione totale: il fascio luminoso, che viaggia nella zona centrale della fibra, colpisce sempre la superficie esterna con un angolo maggiore dell'angolo limite (vedi Ottica), e viene dunque riflesso all'interno senza essere attenuato. Per mezzo di migliaia di riflessioni totali, la luce può essere trasmessa anche su lunghe distanze. Al fine di ridurre al minimo le perdite dovute alla diffusione della luce da parte delle impurità situate sulla superficie della fibra, la zona centrale viene rivestita con uno strato di materiale plastico di indice di rifrazione minore, in modo che le riflessioni avvengano sulla superficie di separazione tra l'anima della fibra e il rivestimento.

L'applicazione più semplice e generale delle fibre ottiche è la trasmissione della luce in punti altrimenti difficili da raggiungere; inoltre, fasci di parecchie migliaia di fibre estremamente sottili, disposte con precisione una accanto all'altra e levigate agli estremi, possono servire per la trasmissione di immagini. Ciascun punto di un'immagine, proiettato su un estremo del fascio di fibre, viene trasmesso all'altro estremo, dove l'immagine è ricomposta in modo da riprodurre fedelmente l'originale. La trasmissione di immagini attraverso fibre ottiche trova numerose applicazioni, ad esempio nella chirurgia laser, negli apparecchi per facsimile, nella fotocomposizione o nella grafica computerizzata.

Le fibre ottiche sono usate anche in una grande varietà di sensori, dai termometri ai giroscopi. Le possibilità applicative in questo campo sono pressoché illimitate, perché la luce inviata attraverso fibre ottiche è sensibile a molti fattori ambientali, come la pressione, il suono, gli sforzi, il calore e il movimento. Le fibre ottiche possono essere particolarmente utili laddove effetti elettrici potrebbero rendere i normali circuiti non utilizzabili, poco precisi o addirittura pericolosi. Inoltre sono state costruite fibre capaci di trasportare raggi laser di grande potenza, utilizzabili per tagliare o forare materiali e superfici di diversa natura.

È oggi allo studio una tecnica che consentirebbe di estendere il campo di lunghezze d’onda trasportabili dalle fibre ottiche: si tratterebbe di costruire fibre cave riempite d’aria, con un materiale dielettrico multistrato. Le nuove vie di trasmissione sarebbero così in grado di trasportare lunghezze d’onda dell’ordine dei 10 micron, con un guadagno nell’efficienza di circa un ordine di grandezza.

Tra le molteplici applicazioni delle fibre ottiche, un campo in grande sviluppo è quello delle telecomunicazioni, dal momento che le onde luminose sono ad altissima frequenza, e la capacità del trasporto di informazioni in una guida d'onda cresce con la frequenza del segnale portante. Sono attualmente in funzione collegamenti a lunga distanza, a livello sia intercontinentale che transoceanico, basati sul fatto che, in fibra ottica, un segnale può percorrere distanze molto grandi prima di necessitare della rigenerazione da parte di un ripetitore. Normalmente i ripetitori per fibre ottiche sono disposti ogni 100 km, una distanza sensibilmente maggiore di quella richiesta nelle normali linee elettriche, che richiedono ripetitori ogni 1,5 km. Amplificatori per fibre ottiche, di recente concezione, promettono di aumentare ulteriormente la distanza fra ripetitori.