Cos'è la fibra ottica e velocità della luce

FIBRA OTTICA COS'E'

Elettronica.

Fibra ottica. La fibra ottica è un sistema di trasmissione in cui il segnale viene trasmesso sotto forma di luce. Le fibre ottiche sono sottili fili di vetro e tramite riflessione interne, la luce sotto forma di impulsi, può propagarsi con su lunghi percorsi anche curvilinei. La fibra ottica è costituita da una parte interna in materiale vetroso chiamato nucleo (core) e da una parte più esterna detto mantello (cladding), esternamente è avvolto da un materiale realizzato con indice di rifrazione minore di quello del nucleo;
I due strati hanno un indice di rifrazione diverso, il cladding deve avere un indice di rifrazione minore rispetto al core.
Il nucleo permette alla luce di passare mentre nel mantello si disperde. Se il mantello lascia passare la luce avviene una rifrazione,nel caso contrario invece si ha una riflessione e forma un angolo riflesso.

L'ottica in fisica: definizione

RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DELLA LUCE

Due aspetti importanti riguardanti la propagazione della luce sono: la "riflessione" e la "rifrazione" della luce.
LEGGE DELLA RIFLESSIONE DELLA LUCE
L'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione sono uguali.
angolo di incidenza α = angolo di riflessione αi
LEGGE DELLA RIFRAZIONE DELLA LUCE (legge di Snell)
Un raggio incidente e un raggio rifratto giacciono nello stesso piano con la normale alla superficie di separazione.
La legge si Snell stabilisce che, nel passaggio fra due mezzi, la luce subisce un cambiamento di direzione secondo la relazione:
n1 sen α = n2 sen αr
Dove n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei due mezzi ottici.

FIBRA OTTICA: VELOCITA'

Il concetto di rifrazione è collegato al concetto di velocità di propagazione della luce. Si definisce indice di rifrazione n il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nel mezzo n =c/v.  Si chiama angolo limite (αl), l'angolo di incidenza che corrisponde all'angolo di rifrazione di 90°.
La riflessione totale avviene quando l'angolo di incidenza è maggiore dell'angolo limite (αi > αl).
L'angolo di accettazione, costituisce il massimo angolo con cui un raggio può giungere in ingresso alla fibra affinchè poi essa venga guidato. In pratica un raggio luminoso viene immesso nella fibra ottica, facendo in modo che l'angolo di incidenza fra il numero e il mantello sia superiore al calore limite.
arcsen θacc= √n1^2-n2^2
Il seno dell'angolo di accettazione è chiamato apertura numerica (NA).
NA = sen θacc
NA = √n1^2-n2^2
L'apertura numerica permette di stabilire i limiti angolari, per ogni tipo di fibra, entro i quali la propagazione della luce avviene in modo guidato. In altre parole indica il numero di modi in cui la luce si può propagare attraverso la fibra.
Le fibre ottiche che rivestono interesse nel campo delle telecomunicazioni sono sostenzialmente di due tipi: fibre monomodali e fibre multimodali.

FIBRA OTTICA LUCE: COME FUNZIONA

FIBRE MONOMODALI. Le fibre monomodali sono le fibre ottiche in cui si ha la propagazione di un solo modo. Una loro caratteristica è il diametro del core molto piccolo.
Le fibre ottiche monomodali presentano un profilo di indice di rifrazione a gradino (spep-index): il valore dell'indice di rifrazione è costante (n1) su tutta la sezione del nucleo e diminuisce bruscamente a gradino in corrispondenza del mantello (n2). La loro realizzazione si ottiene rendendo molto prossimi gli indici del core e del cladding, con conseguente diminuzione dell'apertura numerica (NA), riducendo il diametro della fibra secondo la formula: