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PIEGARE LA LUCE
Vi siete mai chiesti come si fa a piegare la luce? Siete mai entrati in una fibra ottica ?
Scopriamolo insieme !
13/04/2023
Quali sorgenti di luce conoscete?
Sole
Lampadina
2/40Eleonora Porta "Scienza on the road"
Sorgenti di luce
Il laser emette una
luce monocromatic
a che si propaga in linea retta
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 3/40
Torcia e LaserImmaginiamo di avere uno di quei puntatori che servono per evidenziare un punto su una lavagna luminosa.
COME SI PROPAGA LA LUCE?
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 4/40
La camera oscura
LA LUCE SI PROPAGA IN LINEA RETTA
Ma è sempre vero?
Perché si ? Perché no? Dove è vero?
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 5/40
CONCLUSIONI ?
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 6/ 40
Che strada farà? Perché?
3
5
1
6
4
2
Perché?
La luce ….. ha fretta!
Velocità c = 3 * 108 m/s (300.000 Km/s)
Sceglie sempre il percorso col minimo tempo di percorrenza
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 7/40
E’ sempre vera solo nel vuoto
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 8/40
Potremmo farle fare un percorso del genere?
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road"
Riflessione e Rifrazione
Cosa vedete? Cosa vedete?
E se incontra uno specchio?
E se passa da un mezzo ad un altro?
Per esempio dall’aria all’acqua?
9/40
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 10/ 40
Velocità della luce nel mezzo
c
v
v = c / n
La luce nell’aria ha velocità V1
La luce nell’acqua ha velocità V2
vacq > var ?
vacq < var ?
nacq > nar ?
nacq < nar ? n = c/ v
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 11/40
Indice di rifrazione n
vacq < var
nacq > nar
n = c / v
SE v1 > v2 allora n1 < n2
L’indice di rifrazione è minore se la velocità è maggiore
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 12/ 40
Risposta
v1 v2 v3 velocità c0
1
2
3
Indice n
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Riflessione e Rifrazione
naria < nacqua
superficie di separazione tra due mezzi
a perpendicolare
varia > vacqua g
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 14/40
LEGGE di SNELL
n1 sen a = n2 sen g
nacqua > naria
superficie di separazione tra due mezzi
a perpendicolare
vacqua < varia
g
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LEGGE di SNELL
n1 sen a = n2 sen g
Quando il raggio rifratto (verde) si avvicina alla perpendicolare (tratteggiata) e quando si allontana?
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 16/ 40
Domanda
Se n1 > n2 (v1 > v2) ovvero se si passa da un mezzo dove la luce ha velocità minore ad uno dove ha velocità maggiore il raggio rifratto si ALLONTANA DALLA PERPENDICOLARE AVVICINANDOSI SEMPRE PIU’ ALLA SUPERFICIE DI
SEPARAZIONE TRA I DUE MEZZI.
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 17/ 40
Risposta
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road"
La luce è più veloce nel vetro o nel vuoto? Quanto vale?
-> PRENDIAMO ORA DUE VETRI DIVERSI con indici n1 > n2 per esempio 1,48 ed 1,46
Se l’indice di rifrazione del vetro è n =1,5 e la velocità della luce nel vuoto è 300.000 Km/s
Qual è la velocità della luce nel vetro?
V = ?
A) 150.000 Km/s B) 450.000 Km/s C) 300.000 Km/s D) 200.000 Km/s E) infinito F) zero G) 600.000 Km/s
18/40
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 19/40
Due vetri diversi PRENDIAMO ORA DUE VETRI DIVERSI con indici n1 > n2 per esempio 1,48 ed 1,46
Cosa farà il raggio rifratto passando dal vetro con indice 1,48 a quello con indice 1,46?
Si allontana o si avvicina alla perpendicolare?
n1 = 1,48 > n2 = 1,46
superficie di separazione tra due mezzi
a perpendicolare
A
B C = ?g
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 20/40
A o B o linea retta?
n1 sen a = n2 sen g
n1 = 1,48 > n2 = 1,46
superficie di separazione tra due mezzi
a perpendicolare
B = ?g
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 21/40
B ! Il raggio rimane confinato
n1 sen a = n2 sen g
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 22/40
a a
a
Raggio riflesso
g
n1 = 1,48
n2 = 1,46
Raggio incidente
Raggio rifratto
Sezioni di fibra ottica
n1
n2
Nucleo
Mantello
Nucleo
Mantello
n 1 sen aL = n 2 sen ( = 90g ° )
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 23/40
Angolo limite aL= arcsen( n2/n1)
90°
aL
n2 = 1,46 n1 = 1,48 aL = 80,57°
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 24/40
Vanno bene tutti gli a > aL
90°
n1 = 1,48
n2 = 1,46
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 25/40
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 26/40
La luce non “esce” dai confini del nucleo
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 27/40
Sistema in fibra ottica
Il segnale che si propaga nelle TLC non è proprio la “luce” cioè la radiazione visibile ma la radiazione nell’infrarosso
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 28/40
Spettro elettromagnetico c = l*f
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 29/40
Le tre finestre
I 850 nm
II 1300 nm
III 1550 nm
1011000100111000101010
Dtin Dtout
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 30/ 40
Dispersione modale
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 31/ 40
Che effetto ha sulla banda ?
1 ? 1
E = “0100 0101”
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 32/40
ISI
La massima frequenza del segnale (successione di 0 ed 1) che possiamo inviare dipende dalla dispersione modale affinché i due impulsi attenuati ed allargati non interferiscano tra loro.
Il diametro del nucleo è molto maggiore della lunghezza d'onda , si creano infiniti cammini all'interno della fibra dispersione modale, allargamento
dell'impulso di luce introduzione di interferenza inter-simbolo
(ISI) limitazione della velocità di trasmissione
100 Mbit/s13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 33/ 40
FIBRE MULTIMODALI
Il diametro è dell'ordine di grandezza della lunghezza d'onda
non c'è dispersione modale
maggiore velocità di trasmissione
10 Gbit/s Utilizzando fibre monomodo si ha che molta
potenza trasmessa va a finire nel cladding tuttavia è lo stesso migliore della precedente.
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FIBRE MONOMODALI
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 35/ 40
Perdite
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 36/ 40
Costruiamo una F.O. ?
50 mm
125 mm
250 mm
Tubicino cilindrico con glow (il nucleo) x,y = 0,05 (proporzionale a 50 mm) Tubicino di diametro più grande ma cavo (il
mantello) d = 0,125 full bright e hollow Tubicino di diametro ancora più grande e
cavo (il rivestimento) D = 0,250; linkiamo. Ed adesso facciamola diventare grande (per
10?) e facciamo entrare i nostri avatar a vedere come si “sente” la luce lì dentro )
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 37/ 40
Costruiamo una fibra inworld?
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 38/ 40
Particle
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road" 39/ 40
Mappa
13/04/2023Eleonora Porta "Scienza on the road"
PIEGARE LA LUCE "Scienza on the road"Eleonora Porta
GRAZIE PER ESSERE VENUTI
GRAZIE PER L’ATTENZIONE E LA COLLABORAZIONE
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