Lezione sperimentale sulle fibre ottiche in SecondLife Progetto "Scienza on the road" didivulgazione della scienza e delaldidattica speriemnbtale neimondi virtuali. Anno 2009/2010 in SecondLife. blog di riferimento http://scienzaontheroad.blogspot.com/

1. PIEGARE LA LUCE Vi siete mai chiesti come si fa a piegare la luce? Siete mai entrati in una fibra ottica ? Scopriamolo insieme ! ELEONORA PORTA SECONDPHYSICS SCIENZA ON THE ROAD

2. Quali sorgenti di luce conoscete? Sole Lampadina 18/04/2010 2/40 Eleonora Porta "Scienza on the road" Sorgenti di luce

3. Torcia e Laser Il laser emette una luce monocromatica che si propaga in linea retta Immaginiamo di avere uno di quei puntatori che servono per evidenziare un punto su una lavagna luminosa. COME SI PROPAGA LA LUCE? Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 3/40

4. La camera oscura Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 4/40

5. LA LUCE SI PROPAGA IN LINEA RETTA Ma è sempre vero? Perché si ? Perché no? Dove è vero? CONCLUSIONI ? Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 5/40

6. Che strada farà? Perché? 2 1 4 3 5 6 Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 6/ 40

7. Perché? La luce ….. ha fretta! Velocità c = 3 * 108 m/s (300.000 Km/s) Sceglie sempre il percorso col minimo tempo di percorrenza E’ sempre vera solo nel vuoto Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 7/40

8. Potremmo farle fare un percorso del genere? Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 8/40

9. 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? 18/04/2010 Eleonora Porta "Scienza on the road" 9/40

10. Velocità della luce nel mezzo c v = c / n v Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 10/ 40

11. 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 Indice di rifrazione n Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 11/40

12. vacq <var nacq >nar n = c / v SE v1 > v2 allora n1 < n2 L’indice di rifrazione è minore se la velocità è maggiore Risposta Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 12/ 40

13. Riflessione e Rifrazione Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 13/ 40

14. naria < nacqua superficie di separazione tra due mezzi a perpendicolare varia >vacqua g LEGGE di SNELL n1 sen a = n2 sen g Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 14/40

15. nacqua > naria superficie di separazione tra due mezzi a perpendicolare vacqua <varia g LEGGE di SNELL n1 sen a = n2 sen g Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 15/40

16. Quando il raggio rifratto (verde) si avvicina alla perpendicolare (tratteggiata) e quando si allontana? Domanda Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 16/ 40

17. 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. Risposta Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 17/ 40

18. La luce è più veloce nel vetro o nel vuoto? Quanto vale? 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 -> PRENDIAMO ORA DUE VETRI DIVERSI con indici n1 > n2 per esempio 1,48 ed 1,46 18/04/2010 Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/40

19. 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? Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 19/40

20. n1 = 1,48 > n2 = 1,46 superficie di separazione tra due mezzi a perpendicolare A B C g = ? A o B o linea retta? n1 sen a = n2 sen g Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 20/40

21. n1 = 1,48 > n2 = 1,46 superficie di separazione tra due mezzi a perpendicolare B g = ? B ! Il raggio rimane confinato n1 sen a = n2 sen g Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 21/40

22. Sezioni di fibra ottica n2 Mantello n1 Nucleo Mantello g n2 = 1,46 Raggio rifratto n1 = 1,48 Nucleo a a Raggio riflesso a Raggio incidente Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 22/40

23. n 1 sen aL = n 2 sen ( g = 90° ) Angolo limite aL= arcsen( n2/n1) 90° aL Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 23/40

24. n2 = 1,46 n1 = 1,48 aL = 80,57° Vanno bene tutti gli a > aL n2 = 1,46 90° n1 = 1,48 Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 24/40

25. Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 25/40

26. La luce non “esce” dai confini del nucleo Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 26/40

27. 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 Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 27/40

28. Spettro elettromagnetico c = l*f Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 28/40

29. Le tre finestre I 850 nm II 1300 nm III 1550 nm Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 29/40

30. Dispersione modale 1011000100111000101010 Dtin Dtout Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 30/ 40

31. Che effetto ha sulla banda ? 1 ? 1 E = “0100 0101” Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 31/ 40

32. 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. Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 32/40

33. 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/s FIBRE MULTIMODALI Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 33/ 40

34. 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. FIBRE MONOMODALI Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 34/ 40

35. Perdite Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 35/ 40

36. Costruiamo una F.O. ? 250mm 125 mm 50 mm Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 36/ 40

37. 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 ) Costruiamo una fibra inworld? Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 37/ 40

38. Particle Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 38/ 40

39. Mappa Eleonora Porta "Scienza on the road" 18/04/2010 39/ 40

40. PIEGARE LA LUCE "Scienza on the road" Eleonora Porta GRAZIE PER ESSERE VENUTI GRAZIE PER L’ATTENZIONE E LA COLLABORAZIONE 18/04/2010 Eleonora Porta "Scienza on the road" 40/40