Cavo Fibra Ottica

Cavo Fibra Ottica

Che cos’è la Cavo Fibra Ottica? 

Fiber-Optic-Cable-Design

fibra ottica

Cavo Fibra Ottica  -Siamo abituati all’idea che le informazioni viaggino in diversi modi. Quando parliamo in un telefono fisso, un cavo di filo trasporta i suoni della nostra voce in una presa nel muro, dove un altro cavo lo porta alla centrale telefonica locale. I cellulari funzionano in un modo diverso: inviano e ricevono informazioni utilizzando onde radio invisibili, una tecnologia chiamata wireless perché non utilizza cavi. La fibra ottica funziona in un terzo modo. Invia informazioni codificate in un raggio di luce lungo un tubo di vetro o di plastica. È stato originariamente sviluppato per gli endoscopi negli anni ’50 per aiutare i medici a vedere all’interno del corpo umano senza doverlo prima aprire. Negli anni ’60, gli ingegneri hanno trovato il modo di utilizzare la stessa tecnologia per trasmettere le chiamate telefoniche alla velocità della luce (normalmente sono 186.000 miglia o 300.000 km al secondo nel vuoto, ma rallentano di circa due terzi questa velocità in un cavo in fibra ottica ).

Tecnologia ottica

Un cavo in fibra ottica è costituito da fili di vetro o plastica incredibilmente sottili noti come fibre ottiche; un cavo può avere fino a due fili o fino a diverse centinaia. Ogni filo ha meno di un decimo di spessore di un capello umano e può trasportare qualcosa come 25.000 telefonate, quindi un intero cavo in fibra ottica può facilmente trasportare diversi milioni di chiamate.

I cavi in ​​fibra ottica trasportano informazioni tra due punti usando la tecnologia interamente ottica (basata sulla luce). Supponiamo che tu voglia inviare informazioni dal tuo computer alla casa di un amico in fondo alla strada usando la fibra ottica. È possibile collegare il computer a un laser, che converte le informazioni elettriche dal computer in una serie di impulsi luminosi. Quindi spari il laser lungo il cavo in fibra ottica. Dopo aver viaggiato lungo il cavo, i raggi di luce sarebbero emersi dall’altra parte. Il tuo amico avrebbe bisogno di una cellula fotoelettrica (componente di rilevamento della luce) per trasformare gli impulsi di luce in informazioni elettriche che il suo computer potrebbe comprendere. Quindi l’intero apparato sarebbe come una versione davvero pulita e altamente tecnologica del tipo di telefono che puoi ricavare da due lattine di fagioli cotti e una lunghezza di filo!

Come funziona la fibra ottica

La luce viaggia lungo un cavo in fibra ottica rimbalzando ripetutamente dalle pareti. Ogni piccolo fotone (particella di luce) rimbalza lungo il tubo come un bob che scende su una pista di ghiaccio. Ora potresti aspettarti che un raggio di luce, che viaggia in un tubo di vetro trasparente, fuoriesca semplicemente dai bordi. Ma se la luce colpisce il vetro con un angolo veramente basso (meno di 42 gradi), si riflette di nuovo dentro, come se il vetro fosse davvero uno specchio. Questo fenomeno si chiama riflessione interna totale. È una delle cose che mantiene la luce all’interno del tubo.

L’altra cosa che mantiene la luce nel tubo è la struttura del cavo, che è composta da due parti separate. La parte principale del cavo, nel mezzo, è chiamata nucleo ed è la punta che la luce attraversa. Avvolto attorno alla parte esterna del nucleo è un altro strato di vetro chiamato rivestimento. Il compito del rivestimento è quello di mantenere i segnali luminosi all’interno del nucleo. Può farlo perché è realizzato con un diverso tipo di vetro rispetto al nucleo. (Più tecnicamente, il rivestimento ha un indice di rifrazione inferiore.)

Tipi di cavi a fibre ottiche

Modalità cavo in fibra ottica che mostra i percorsi dei raggi luminosi per cavi indice passo singolo e multimodale

Le fibre ottiche trasportano segnali luminosi verso il basso in quelle che sono chiamate modalità. Sembra tecnico ma significa solo modi diversi di viaggiare: una modalità è semplicemente il percorso che un raggio di luce segue lungo la fibra. Una modalità è quella di andare dritto al centro della fibra. Un altro è far rimbalzare verso il basso la fibra con un angolo poco profondo. Altre modalità prevedono il rimbalzo della fibra ad altri angoli, più o meno ripido.

Opere: Sopra: la luce viaggia in diversi modi in fibre monomodali e multimodali. Sotto: all’interno di un tipico cavo in fibra monomodale (non disegnato in scala). L’anima sottile è circondata da un rivestimento di circa dieci volte più grande di diametro, un rivestimento esterno in plastica (circa il doppio del diametro del rivestimento), alcune fibre di rinforzo realizzate in un materiale resistente come il Kevlar®, con un rivestimento esterno protettivo all’esterno.

Una sezione trasversale di un tipico cavo in fibra ottica che mostra il nucleo, il rivestimento, il rinforzo in Kevlar e la guaina esterna.

Il tipo più semplice di fibra ottica si chiama single-mode. Ha un nucleo molto sottile di circa 5-10 micron (milionesimi di metro) di diametro. In una fibra monomodale, tutti i segnali viaggiano dritti verso il basso senza rimbalzare sui bordi (linea gialla nel diagramma). I segnali TV via cavo, Internet e telefonici sono generalmente trasportati da fibre monomodali, avvolte in un enorme fascio. Cavi come questo possono inviare informazioni per oltre 100 km (60 miglia).

Un altro tipo di cavo a fibre ottiche è chiamato multi-mode. Ogni fibra ottica in un cavo multimodale è circa 10 volte più grande di una in un cavo monomodale. Ciò significa che i raggi di luce possono viaggiare attraverso il nucleo seguendo una varietà di percorsi diversi (linee gialle, arancioni, blu e ciano), in altre parole, in più modalità diverse. I cavi multi-mode possono inviare informazioni solo su distanze relativamente brevi e vengono utilizzati (tra le altre cose) per collegare tra loro le reti di computer.

Anche le fibre più spesse sono utilizzate in uno strumento medico chiamato gastroscopio (un tipo di endoscopio), che i medici colpiscono la gola di qualcuno per rilevare malattie all’interno dello stomaco. Un gastroscopio è un grosso cavo a fibre ottiche costituito da molte fibre ottiche. All’estremità superiore di un gastroscopio, c’è un oculare e una lampada. La lampada illumina una parte del cavo nello stomaco del paziente. Quando la luce raggiunge lo stomaco, si riflette sulle pareti dello stomaco in una lente nella parte inferiore del cavo. Quindi ritorna su un’altra parte del cavo nell’oculare del medico. Altri tipi di endoscopi funzionano allo stesso modo e possono essere utilizzati per ispezionare diverse parti del corpo. Esiste anche una versione industriale dello strumento, chiamata fibroscopio, che può essere utilizzata per esaminare cose come pezzi inaccessibili di macchinari nei motori degli aerei. – Cavo Fibra Ottica

Prova questo esperimento!

Questo simpatico piccolo esperimento è una ricostruzione moderna di una famosa dimostrazione scientifica condotta dal fisico irlandese John Tyndall nel 1870.

È meglio farlo in un bagno o una cucina buia al lavandino o al lavandino. Avrai bisogno di una vecchia bottiglia di plastica trasparente, della torcia (torcia) più luminosa che puoi trovare, un foglio di alluminio e del nastro adesivo.

Prendi la bottiglia di plastica e avvolgi il foglio di alluminio attorno ai lati, lasciando scoperti la parte superiore e inferiore della bottiglia. Se necessario, tenere la pellicola in posizione con del nastro adesivo.

Riempi la bottiglia con acqua.

Accendi la torcia e premila contro la base della bottiglia in modo che la luce brilli dentro l’acqua. Funziona meglio se si preme la torcia contro la bottiglia. Hai bisogno di quanta più luce possibile per entrare nella bottiglia, quindi usa la torcia più luminosa che riesci a trovare.

In piedi vicino al lavandino, inclina la bottiglia in modo che l’acqua inizi a fuoriuscire. Tenere la torcia premuta contro la bottiglia. Se la stanza è oscurata, dovresti vedere il beccuccio dell’acqua che si illumina leggermente. Nota come l’acqua trasporta la luce, con il raggio di luce che si piega mentre procede! Se non riesci a vedere molta luce nel beccuccio dell’acqua, prova una torcia più luminosa.

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