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INNOVAZIONE/ Fibre ottiche microstrutturate per misurare in sicurezza campi elettrici

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Com’è noto, le fibre ottiche sono sottili filamenti di materiale vetroso o polimerico realizzati in modo da poter condurre la luce al loro interno. Il loro principale utilizzo è nell’ambito delle telecomunicazioni - tutte le principali dorsali della rete telefonica e di Internet, compresi i collegamenti intercontinentali sottomarini, sono attualmente in fibra ottica – tuttavia, a partire dagli anni 80 si è iniziato a usare le fibre ottiche anche come sensori di grandezze fisiche (temperatura, pressione, deformazioni, accelerazioni, ecc.).

Il principio di funzionamento di questi sensori è abbastanza intuitivo (anche se a volte di difficile realizzazione) e consiste nel misurare le variazioni di intensità, di fase o di polarizzazione della luce trasmessa dalla fibra conseguenti all’azione sulla fibra della grandezza che si vuole caratterizzare. È utile ricordare a questo proposito che le fibre ottiche sono composte da un nucleo cilindrico centrale (core) in cui propaga la luce, circondato da un mantello (cladding) anch’esso cilindrico. Poiché il nucleo è realizzato con un materiale otticamente più denso (con maggior indice di rifrazione) di quello del mantello, la luce rimane confinata al suo interno a causa del fenomeno della riflessione totale. In pratica, tutti i raggi luminosi che rimbalzano sulla superficie di separazione fra nucleo e mantello con un angolo superiore a un certo valore critico (angolo limite) rimangono intrappolati all’interno del nucleo e vengono trasmessi per riflessioni successive lungo la fibra.

Se la fibra ottica viene sollecitata da un agente esterno, modifica la propria struttura (ad esempio si allunga o si accorcia) causando in questo modo un’alterazione delle proprie caratteristiche ottiche. Tutto ciò dà luogo a una variazione dell’intensità (o della fase o della polarizzazione) della luce trasmessa che, opportunamente rivelata, consente di risalire all’entità della grandezza fisica che l’ha provocata.

Un importante passo avanti nell’ambito della sensoristica a fibra ottica è stato fatto recentemente con l’introduzione sul mercato delle cosiddette fibre ottiche a cristalli fotonici (note anche col nome di fibre microstrutturate). Si tratta di fibre ottiche che, a differenza di quelle convenzionali, non sono composte da un nucleo e un mantello di diverso indice di rifrazione, bensì da un unico filamento in vetro al cui interno, lungo tutta la sua lunghezza, è presente un reticolo (non necessariamente regolare) di canali d’aria di dimensioni micrometriche. Questa struttura reticolare permette di confinare la luce e di guidarla lungo la fibra.



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