Le Fibre ottiche

Cos’è l’indice di rifrazione L’indice di rifrazione è una grandezza che indica quanto un mezzo modifica la velocità di un certo tipo di onde. Nella accezione più comune il termine si riferisce alla rifrazione delle onde elettromagnetiche, e in particolare della luce. Naturalmente l'indice di rifrazione dipende dalla natura delle onde (per es. ogni mezzo possiede un indice di rifrazione ottico, e uno acustico, che si riferiscono rispettivamente alle onde elettromagnetiche, e alle onde sonore)

Come si propaga la luce Quando un raggio di luce incide sulla superficie di separazione tra due mezzi materiali aventi indice di rifrazione diverso, parte dell'energia luminosa del raggio viene riflessa nel mezzo da cui proviene, la parte rimanente attraversa la superficie di separazione propagandosi nel secondo mezzo

n1<n2 a1 a1 Aria n1 Acqua n2 a2

Considerata la normale al piano di separazione, l'angolo di incidenza a1 è uguale a quello di riflessione a1r, il raggio rifratto invece si propaga nel mezzo 2 con un angolo a2 la cui relazione con a1 è data dalla legge di Snell: sin a1 = n2 sin a2 n1   dove n1 ed n2 sono gli indici di rifrazione dei due diversi mezzi; il raggio incidente, quello riflesso e quello rifratto sono contenuti nello stesso piano.

Dalla formula di Snell si può ricavare che se n2>n1  a1>a2 Tale fatto ci permette di prevedere che nel passaggio da un mezzo a maggior indice di rifrazione ad un mezzo a minor indice di rifrazione il raggio rifratto si allontana dalla normale nel passaggio da un mezzo a minor indice di rifrazione ad un mezzo a maggior indice di rifrazione il raggio rifratto si avvicina alla normale;

Principio della riflessione totale Nel passaggio da un mezzo più denso ad un mezzo meno denso il raggio rifratto si allontana dalla normale. Cosa succede se l'angolo di incidenza del raggio è tale che, per la legge di Snell, l'angolo di rifrazione diventa uguale a 90°? Ciò accade ad un angolo ben preciso angolo θlim, detto angolo di Brewster o angolo limite

Il raggio rifratto diventa "radente" alla superficie di separazione e non riesce ad uscire dal mezzo denso. L'allontanamento dalla normale si accentua per angoli di incidenza superiori all'angolo di Brewster: il raggio rifratto (che ora non "merita" più di chiamarsi così) viene addirittura completamente riflesso. E' questo il fenomeno della riflessione totale (o interna ).

Fibra ottica Supponiamo che un raggio di luce viaggiante attraverso l’aria incida sulla sezione iniziale di una fibra ottica. n1>n2 Il raggio di luce, che si propaga lungo il nucleo, quando incide sull'interfaccia nucleo-mantello può subire due diverse vicende: Quando l’angolo di incidenza è in superiore a quello limite il raggio viene riflesso (totalmente) e continua a propagarsi; Quando l’angolo di incidenza è inferiore a quello limite, una parte della potenza ottica viene radiata nel mantello.