La fibra ottica è la tecnica che consente di inviare luce attraverso fili di vetro o plastica trasparenti e flessibili. Questi fili sono chiamati fibre ottiche. Possono incanalare la luce lungo un percorso curvo. Fasci di fibre parallele illuminano e osservano luoghi difficili da raggiungere.
Le fibre ottiche in vetro purissimo trasportano la luce su lunghe distanze. La portata va da pochi pollici a più di 100 miglia. L’oscuramento è minimo. I cavi contenenti queste fibre vengono utilizzati nei sistemi di comunicazione. Alcune singole fibre sono più sottili dei capelli umani. Misurano meno di 0,00015 pollici di diametro.
La scienza dietro la riflessione interiore totale
La fibra ottica si basa sulla riflessione interna totale. La luce entra in un’estremità della fibra più semplice. Colpisce il confine e si riflette verso l’interno. La luce viaggia attraverso la fibra con riflessi a zigzag. Esce dall’altra parte.
Altre forme di fibre ottiche riducono o eliminano questo zigzag. La maggior parte delle fibre ottiche sono costituite da due parti. C’è un nucleo per la trasmissione della luce. C’è un rivestimento che circonda il nucleo. Il rivestimento è in vetro o plastica. Impedisce la fuoriuscita di luce. Il rivestimento riflette verso l’interno eventuali raggi luminosi che colpiscono la sua superficie interna.
Un rilevatore riceve la luce dall’altra parte. Può trattarsi di un dispositivo fotosensibile o dell’occhio umano.
Fasci coerenti e incoerenti e tipi di fibre
I fasci di fibre ottiche sono coerenti o incoerenti. I fasci coerenti hanno fibre disposte in modo che le immagini trasmettano. Forniscono anche illuminazione. I bundle incoerenti non hanno una disposizione particolare. Trasmettono solo illuminazione.
Esistono due tipi fondamentali di fibre ottiche. Le opzioni sono le fibre monomodali e le fibre multimodali.
Fibre monomodali trasmettono un singolo raggio come portante. Sono utilizzati per la trasmissione di segnali ad alta velocità su lunghe distanze. Hanno nuclei molto più piccoli delle fibre multimodali. Accettano la luce solo lungo l’asse delle fibre. Piccoli laser inviano la luce direttamente nella fibra.
Le fibre multimodali trasportano più raggi luminosi. Hanno un diametro del nucleo maggiore. Accettano la luce da varie angolazioni. Le fibre multimodali utilizzano più tipi di sorgenti luminose. Utilizzano connettori più economici rispetto alle fibre monomodali. Sono utilizzati principalmente per la comunicazione su distanze più brevi.
I connettori a bassa perdita uniscono le fibre all’interno del sistema. Lo fanno senza ridurre il segnale luminoso. Inoltre uniscono le fibre al rilevatore.
Applicazioni mediche degli endoscopi
Gli usi delle fibre ottiche sono numerosi. In medicina, consentono ai medici di guardare e lavorare all’interno del corpo. Ciò avviene attraverso piccole incisioni. La chirurgia non è sempre necessaria.
Sono usati per gli endoscopi. Questi sono strumenti per visualizzare l’interno degli organi cavi. La maggior parte degli endoscopi ha due serie di fibre. Un anello esterno di fibre incoerenti fornisce la luce. Un fascio coerente interno trasmette l’immagine.
Gli endoscopi possono esaminare aree specifiche. I medici utilizzano un artroscopio per esaminare le ginocchia e le spalle. Alcuni modelli hanno un terzo set di fibre. Questi trasmettono un raggio laser. Il laser smette di sanguinare o brucia il tessuto malato.
La temperatura corporea può essere misurata utilizzando la fibra ottica. Possono essere inseriti nei vasi sanguigni. Ciò fornisce un’analisi rapida e accurata della chimica del sangue.
Usi industriali e scientifici
Nella ricerca scientifica e nella produzione, i dispositivi in fibra ottica trasportano la luce. Vanno e vengono da aree pericolose. Raggiungono le camere a vuoto e gli spazi ristretti all’interno delle macchine.
Alcuni strumenti utilizzano bobine di fibra ottica come dispositivo di rilevamento. I cambiamenti nella fibra producono cambiamenti misurabili nelle proprietà della luce. Questi cambiamenti provengono dalla pressione, dalla temperatura o da altre condizioni. Le fibre ottiche misurano la temperatura, la pressione, l’accelerazione e la tensione nelle industrie.
Vantaggi rispetto ai cavi in rame
I sistemi di comunicazione in fibra ottica presentano vantaggi. Sono più efficienti dei sistemi che utilizzano i tradizionali cavi in rame. Hanno una maggiore capacità di trasporto delle informazioni. Non sono disturbati dalle interferenze elettriche. Richiedono meno amplificatori rispetto ai sistemi con cavi in rame.
Una fibra ottica trasmette informazioni sotto forma di segnali luminosi. Di solito si tratta di lampi di luce. I segnali sono generati da un piccolo laser a semiconduttore o LED. Un dispositivo sensibile alla luce li rileva dall’altra parte. Un cavo in fibra ottica trasmette molte più informazioni di un cavo elettrico della stessa dimensione.
Un’applicazione importante è il collegamento degli uffici di commutazione telefonica. Molte società di comunicazione hanno installato reti di grandi dimensioni. Questi corrono attraverso i continenti e sotto gli oceani. Forniscono informazioni in tutto il mondo.
Storia e sviluppo
I primi studi sulla fibra ottica furono fatti alla fine del 1800. Lo sviluppo pratico iniziò solo all’inizio degli anni ’50. L’introduzione dei laser ha stimolato lo sviluppo. Ciò accadde all’inizio degli anni ’60. La produzione delle prime fibre ottiche di vetro purissimo avvenne nel 1970.
L’uso commerciale della fibra ottica si è sviluppato rapidamente negli anni ’80. Ciò era particolarmente vero nei sistemi di comunicazione.
Domande frequenti
In cosa differiscono le fibre monomodali e multimodali?
Le fibre monomodali hanno nuclei più piccoli e accettano la luce solo lungo l’asse. Usano piccoli laser e servono per la trasmissione a lunga distanza e ad alta velocità. Le fibre multimodali hanno nuclei più grandi e accettano la luce da varie angolazioni. Usano connettori più economici e sono per distanze più brevi.
Qual è la differenza tra fasci di fibre coerenti e incoerenti?
I fasci coerenti hanno fibre disposte per trasmettere immagini e illuminazione. I fasci incoerenti non hanno una disposizione particolare e trasmettono solo illuminazione.
Perché la fibra ottica è migliore dei cavi in rame?
La fibra ottica ha una capacità maggiore. Sono immuni alle interferenze elettriche. Richiedono meno amplificatori.
Dove vengono utilizzate le fibre ottiche in medicina?
Sono utilizzati negli endoscopi. Permettono ai medici di visualizzare gli organi cavi. Sono utilizzati anche negli artroscopi per le articolazioni. Alcuni modelli utilizzano i laser per la chirurgia. Possono misurare la temperatura corporea e analizzare la chimica del sangue.
Quando è iniziato lo sviluppo pratico della fibra ottica?
Lo sviluppo pratico iniziò all’inizio degli anni ’50. L’uso commerciale è decollato negli anni ’80.
Fibra ottica e wireless: il divario di velocità
La fibra ottica è migliore del wireless? La risposta è quasi sempre sì quando ti interessano le prestazioni grezze. La fibra vince in termini di velocità e affidabilità. Invia dati come luce attraverso fili di vetro. Il wireless lo invia tramite onde radio. Le onde radio si affollano. Il vetro no.
Detto questo, il wireless ha un punto: la comodità. Puoi muoverti. Non è necessario collegare un cavo al laptop. Ma se stai trasmettendo video in streaming 4K o utilizzi un server, la fibra è la scelta migliore.
Di cosa è fatto il cavo in fibra ottica?
Le persone chiedono di cosa è fatta la fibra ottica. La risposta è semplice. È costituito da un nucleo di vetro o plastica. Quel nucleo è circondato da uno strato chiamato rivestimento. Il rivestimento riflette la luce nel nucleo. Ciò mantiene il segnale forte. Senza di esso, la luce si disperderebbe. Il cavo potrebbe anche avere rivestimenti protettivi, ma il suo cuore è il filo di vetro.
Monomodale e multimodale: quale tipo di fibra si adatta alle tue esigenze?
Esistono due tipi principali di cavo in fibra ottica. Devi conoscere la differenza per scegliere quello giusto.
- Modalità singola: utilizza un nucleo minuscolo. Molto piccolo. Invia la luce direttamente al centro. Ciò riduce la distorsione. È meglio per la trasmissione a lunga distanza. Pensa alle dorsali Internet o alla TV via cavo per chilometri.
- Multimodale: ha un nucleo più grande. La luce rimbalza di più. È più economico da installare. Va bene per le brevi distanze. I data center lo utilizzano spesso.
Se ti stai chiedendo quale tipo è migliore per la tua casa, probabilmente non ha molta importanza per le reti locali. Ma per il tuo provider di servizi Internet, la modalità singola è lo standard per le connessioni a lungo raggio.
Dove vengono utilizzate le fibre ottiche?
Potresti non vedere i cavi, ma li usi tutti i giorni. Per la trasmissione dei dati viene utilizzata la fibra ottica. Gestiscono il lavoro pesante per Internet. Trasportano segnali televisivi via cavo. Supportano i sistemi telefonici.
Il vantaggio principale è la distanza. Questi cavi possono inviare dati su lunghe distanze senza perdere la qualità. I segnali wireless svaniscono. I segnali in fibra rimangono nitidi. Ecco perché le grandi città stanno potenziando le proprie infrastrutture. Stanno gettando la spina dorsale fisica del moderno mondo digitale.
