Prerequisiti: conoscenza della natura delle onde elettromagnetiche e dei parametri che le caratterizzano
Obiettivi: definire qualitativamente la natura della luce e definire lo spettro ottico
Natura di un segnale ottico
Un segnale inviato su una fibra ottica è, come dice il nome, un segnale ottico. Per spiegare tutti i fenomeni a cui è soggetto un segnale ottico, la fisica considera la luce come un'energia avente una duplice natura:
- la luce è costituita da onde elettromagnetiche, simili alle onde radio, aventi frequenza elevatissima. Essa viene considerata un questo modo quando se ne studia la propagazione e tutti i fenomeni ad essa correlati.
- la luce è composta da quanti(particelle) di energia elettromagnetica detti fotoni. Essa viene considerata in questo modo quando interagisce con la materia e ci permette di spiegare l'emissione luminosa in un diodo led o il passaggio di corrente in un fotorilevatore quando è colpito dalla luce
Lo spettro ottico
La luce è composta da onde elettromagnetiche la frequenza delle quali varia a seconda del colore. All'interno dell'intero spettro elettromagnetico è quindi possibile individuare la porzione relativa alla luce che prende il nome di spettro ottico. Si definisce luce l'energia elettromagnetica avente frequenza compresa nello spettro ottico e non solamente la luce visibile. Quest'ultima, infatti, occupa solo una piccola parte della regione dello spettro ottico che si estende da circa 400 a 800 nm. A causa della relazione che esiste fra colore e lunghezza d'onda, un segnale ottico viene detto monocromatico quando ha una ben precisa lunghezza d'onda e policromatico quando è composto da più colori e quindi più lunghezze d'onda.
La classificazione di un'onda elettromagnetica viene effettuata un uno dei tre seguenti possibili modi:- frequenza, f[Hz]: utilizzata normalmente nel campo delle onde radio
- lunghezza d'onda, λ[m]: utilizzata normalmente nel campo dell'ottica
- energia posseduta dal fotone, E[eV]: utilizzata quando si studiano le interferenze della luce con la materia
Questi tre parametri sono modi differenti fra di loro per valutare la stessa cosa e quindi è possibile passare da uno all'altro in modo semplice. Infatti la frequenza e la lunghezza d'onda sono legate dalla seguente relazione:
λ=Vp/f
dove Vp è la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche. Il legame fra l'energia posseduta da un fotone E e la frequenza f è invece la seguente:
E=h·f
dove h è la costante di Planck. Sostituendo la prima relazione nella seconda è facilmente determinabile il legame fra λ ed E.
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