FIBRE OTTICHE

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Ing. Francesco Buffa

L'invenzione delle fibre ottiche è da inquadrarsi nel periodo intorno agli anni '70 a seguito di un'intensa ricerca scientifica che si svolse in particolare negli USA e nell'URSS contemporaneamente, anche se separatamente, e spesso in concorrenza per motivi politici e militari.

Vengono inventati in quello stesso periodo e negli anni precedenti, oltre alle fibre ottiche, tutta una serie di dispositivi optoelettronici di interesse sia industriale che politico e, sopratutto, militare come il laser, i fotomoltiplicatori, i fotodiodi, ecc.

Le fibre ottiche sono dei sottilissimi fili di vetro, talora di plastica, ma comunque molto trasparenti alla luce, a sezione cilindrica, flessibili, con uno svariatissimo campo di applicazioni nei settori della medicina, dell'astronomia, delle telecomunicazioni, perfino dell'arredamento.

In medicina, ad esempio, sono usate per l'artroscopia che consente di vedere su di un monitor, all'interno delle articolazioni ossee senza effettuare alcuna operazione chirurgica; per esaminare il funzionamento  del cuore nel suo interno senza aprirlo, cosa impensabile in altri tempi.

Nel campo delle telecomunicazioni,  sono usate come canali di comunicazione privilegiati ad alta velocità, in quanto consentono velocità di trasmissione dei dati numerici, dell'ordine del Gigabit/sec, molto maggiori di quelle dei cavi coassiali loro corrispondenti predecessori, oltre ad innumerevoli ed indiscutibili vantaggi quali la insensibilità alle interferenze e alla diafonia, il basso costo, il volume ridottissimo e la bassissima attenuazione, per cui possono aversi tratte di più di  100 Km senza necessità di amplificatori.

Quelle usate in telecomunicazioni vengono attraversate, da un’estremità fino all’altra, da impulsi luminosi, nel campo dell’infrarosso, e quindi invisibili all’occhio umano.

Le prestazioni delle fibre ottiche sono di gran lunga superiori a quelle dei cavi coassiali che le hanno precedute nello stesso impiego fino a venti anni fa, infatti sono in grado, ad esempio, di trasferire 12.000 telefonate contemporaneamente in una sola fibra.

Sono costituite da una parte centrale detta core (nucleo) ed una parte esterna detta cladding (mantello) realizzate in silice (SiO2), che è il costituente principale del comune vetro, e da una guaina protettiva in PVC come indicato in figura.

Le fibre ottiche sono dunque usate per effettuare collegamenti numerici e trasmettere informazioni tramite impulsi luminosi con una piccolissima attenuazione, oggi soltanto circa di 0,16 dB/Km.

Questi impulsi vengono immessi nella fibra ottica ad una estremità e, attraverso riflessioni successive, arrivano all'altra estremità come indicato nella figura seguente.

Il principio di funzionamento della fibra ottica sta nel fatto che il segnale luminoso, una volta immesso nella fibra assialmente, vi rimane intrappolato se l'angolo con il quale il raggio è immesso in fibra è inferiore ad un valore  detto angolo di accettazione che garantisce che all'interno vi sarà riflessione totale e mai rifrazione.