Pubblicata Domenica 05 Giugno 2022 16:42
Fibre ottiche ai raggi X
La microtomografia computerizzata è stata impiegata nello studio delle proprietà fisiche delle fibre ottiche aprendo la strada allo sviluppo di nuove tecniche di microlavorazione delle guida d’onda in vetro
La microtomografia computerizzata è una tecnica che permette di ricostruire, attraverso l’assorbimento dei raggi X, la struttura interna di un qualsivoglia oggetto e può essere utilizzata per ottenere informazioni sulle proprietà microscopiche delle fibre ottiche molto più complete di quelle accessibili attraverso le tradizionali tecniche di microscopia ottica. È quanto hanno scoperto ricercatrici e ricercatori del Dipartimento di Fisica e dell’Infrastruttura di ricerca STAR dell’Università della Calabria a conclusione di un approfondito lavoro di analisi recentemente pubblicato su Photonics Research e firmato da una collaborazione internazionale che vede coinvolte anche le Università “La Sapienza” di Roma, l’Università di Brescia e quelle di Limoges in Francia e Novosibirsk in Russia.
Una fibra ottica è un cavo cilindrico entro cui viaggiano segnali luminosi generalmente utilizzati per trasmettere informazioni di vario tipo, ad esempio le discussioni che affollano Internet o le immagini che scorrono sul nostro televisore. Il cavo è generalmente costituito da un nucleo e da un sottile rivestimento, entrambi di natura vetrosa ma caratterizzati da un differente indice di rifrazione. L’indice di rifrazione è una quantità fisica che determina come si propaga e quale cammino percorre la luce in un mezzo. Poiché quello del nucleo è superiore a quello del rivestimento, la luce che vi entra si riflette sulle pareti interne e vi rimane intrappolata, propagandosi in maniera guidata.
La luce che viaggia lungo la fibra può essere quella di una normale lampadina, di un LED, o di un laser. Tuttavia, se la luce è troppo intensa, come quella emessa da un laser a impulsi al femtosecondo (cioè della durata di un centinaio di milionesimi di miliardesimo di secondo), la fibra può danneggiarsi in maniera irreparabile. Questo tipo di radiazione, infatti, è in grado di ionizzazzare gli atomi di cui è composto il nucleo, inducendo in alcuni punti la formazione di un plasma. Questo, una volta “acceso”, è in grado di provocare in quegli stessi punti modifiche strutturali irreversibili. La prova è stata condotta con fibre “multimodali”, un particolare tipo di fibre ottiche che si candidano a sostituire nel prossimo futuro quelle “singolo modo”, ovvero quelle che ad oggi portano Internet nelle nostre case.
Le indagini microtomografiche effettuate presso la stazione sperimentale μTomo1 dell’infrastruttura di ricerca STAR hanno permesso di esaminare la struttura interna delle fibre ottiche prima e dopo l’esposizione al laser. Attraverso questa tecnica è stato possibile quantificare le variazioni locali nell’indice di rifrazione dovute alle modifiche strutturali indotte dall’accensione del plasma. In particolare, risultato non raggiungibile dalle tecniche convenzionali di microscopia ottica, è stato possibile determinare il segno di questa variazione, aprendo la via verso ulteriori investigazioni basate su tecniche di misura più complesse, quali la microtomografia a contrasto di fase, e lo sviluppo di nuovi processi di microlavorazione delle guida d’onda in vetro.