La fotonica è la scienza della fisica che studia le onde luminose. Si occupa della generazione, del rilevamento e della manipolazione della luce. La fotonica è quindi la scienza della luce. È la tecnologia per generare, controllare e rilevare onde luminose e fotoni.
A cosa serve?
Le caratteristiche delle onde e dei fotoni possono essere utilizzate per esplorare l’universo, curare malattie, e persino per risolvere crimini. Gli scienziati studiano la luce da centinaia di anni. I colori dell’arcobaleno sono solo una piccola parte dell’intera gamma delle onde luminose, chiamata spettro elettromagnetico. La fotonica esplora una più ampia varietà di lunghezze d’onda, come:
- I raggi gamma alla radio.
- I raggi X.
- I raggi UV.
- La luce infrarossi.
Storia
Fu solo nel XVII secolo che Sir Isaac Newton dimostrò che la luce bianca è composta da diversi colori di luce. All’inizio del XX secolo, Max Planck e in seguito Albert Einstein proposero che la luce fosse un’onda oltre che una particella, una teoria molto controversa all’epoca. Come può la luce essere due cose completamente diverse allo stesso tempo? La sperimentazione ha poi confermato questa dualità nella sua natura. La parola Photonics apparve intorno al 1960, quando il laser fu inventato da Theodore Maiman.
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La luce fotonica nella vita di tutti i giorni
Anche se non possiamo vedere l’intero spettro elettromagnetico, le onde luminose visibili e invisibili fanno parte della nostra vita quotidiana.
La fotonica è ovunque:
- Nell’elettronica di consumo (scanner di codici a barre, lettori DVD, telecomando TV).
- Telecomunicazioni (internet).
- Salute (chirurgia oculare, strumenti medici).
- Industria manifatturiera (taglio e lavorazione laser).
- Difesa e sicurezza (telecamere a infrarossi, telerilevamento).
- Intrattenimento (olografia, spettacoli laser).
In tutto il mondo, scienziati, ingegneri e tecnici eseguono ricerche all’avanguardia nel campo della fotonica. La scienza della luce viene anche insegnata attivamente nelle aule e nei musei, dove insegnanti ed educatori condividono la loro passione scientifica con i giovani e il pubblico in generale. La fotonica apre un mondo di possibilità sconosciute e di vasta portata, limitate solo dalla mancanza di immaginazione.
Risorse
Esistono vari modi per poter utilizzare la fotonica, e diversi laboratori che si occupano di fare questo. Il Canon Science Lab, per esempio, raccoglie le domande e le risposte sulla luce: perché il cielo è blu, e come la fotonica viene applicata alla nostra realtà (dai LED all’obiettivo della fotocamera).
La fibra ottica
La fibra ottica è il materiale principale della rete Internet. In tutto il pianeta, i cavi in fibra ottica aiutano le persone a comunicare e ad accedere a tonnellate di informazioni. La sua velocità di trasmissione è leggermente inferiore a quella della luce nel vuoto.
Oltre ai molteplici utilizzi, la fibra ottica presenta ulteriori vantaggi, come:
- Lo spessore, che è simile ad un capello.
- Il peso.
- La resistenza in ambienti estremi.
- La scarsa sensibilità a cambi di temperatura.
- L’insensibilità a disturbi elettrici.
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Come si distinguono le fibre?
Le fibre si distinguono in base al diametro del nucleo, al profilo dell’indice di rifrazione e al drogaggio (inserimento intenzionale di impurità). Tralasciando i casi più complessi, la distinzione viene fatta tra due tipi di fibre: quelle multimodali (MM) e quelle a singolo modo (SM).
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Le prime hanno un diametro del core di circa 50 micrometri, e un indice di rifrazione graduato per compensare la dispersione modale. Le fibre ottiche a singolo modo, invece, hanno il diametro del nucleo che si aggira attorno ai 10 micrometri, e un profilo dell’indice che è definito a step.
