Una fibra ottica è un sottile filo di materiale vetroso costituito da due parti: la più interna prende il nome di core, e l'esterna di cladding. Il vetro stirato a dimensioni micrometriche diventa un filo flessibile e robusto; Se viene immesso un raggio luminoso da una parte della fibra, dall'altra parte riceveremo lo stesso raggio luminoso che va interpretato come segnale digitale. Solitamente, le fibre ottiche, vengono utilizzate per illuminare o per osservare punti non facilmente raggiungibili (per esempio in medicina) o per trasmettere informazioni codificate sotto forma di segnali luminosi (per esempio, nelle reti telefoniche o in quelle televisive via cavo).

I vantaggi maggiori derivanti dall'impiego di fibre ottiche sono: la capacità di trasferire un notevole volume di informazioni, le piccole dimensioni e la loro leggerezza (le fibre ottiche sono sottili come un capello con un peso inferiore ai 25kg/Km, compresa la guaina protettiva), basse perdite durante la trasmissione (risultati in laboratorio hanno verificato la possibilità di ridurre al minimo le attenuazioni in fibre al silicio), immunità rispetto ai distrubi elettromagnetici e isolamento elettrico.

L'idea di utilizzare la luce come mezzo di comunicazione risale a circa 200 anni fa. Ma le prime applicazioni pratiche risalgono al 1953 quando Narinder Singh Kapany, ricercatore inglese di origine indiana, che lavorava all'Imperial College di Londra, mise a punto fibre ottiche di vetro con le quali, qualche anno dopo, insieme ad Hopkins, realizzò i primi endoscopi a fibra ottica. Soltanto nel 1967 è stato possibile affermare che le fibre ottiche hanno la potenzialità di rivoluzionare le comunicazioni sostituendo il cavo metallico.

Recentemente un gruppo di ricercatori guidata da Victor Kopp della Chiral Photonics nello Stato di New York, ha sviluppato una semplice tecnica per trasportare una quantità maggiore di informazioni all'interno delle fibre ottiche. Per ottenere risultati migliori sono state sfruttate le caratteristiche della chiralità (proprietà tipica di un corpo non sovrapponibile alla propria immagine speculare. Il termine deriva dal greco “chiròs”, mano), creando strutture a forma di vite. La rotazione ha l'effetto di accoppiare tra loro specifiche lunghezze d'onda anche quando escono dalle fibre, aumentando l'efficienza nel trasporto dei dati. La torsione delle fibre è ottenuta mediante un forno che i tecnici usano per ammorbidire le fibre ottiche mentre le torcono al momento della produzione dei cavi ottici.

Quando il team di ricercatori ha esaminato la fibra tolta, ha scoperto che alcuni fotoni avevano lasciato il nucleo della fibra ottica ed erano entrati nel rivestimento. Fotoni con stessa chiralità della fibra entravano nel rivestimento mentre i fotoni con chiralità opposta a quello della fibra rimanevano nel nucleo. Con le fibre moderatamente torte, i ricercatori possono maneggiare la luce polarizzata e questo porta ad una gamma di applicazioni quali i giroscopi per i sistemi di navigazione, i tester correnti per le stazioni di energia elettrica e le attrezzature di analisi di materiali e del prodotto chimico.

La quantità di torsione determina la lunghezza d'onda precisa della luce nella fibra, producendo la luce che è ideale per le applicazioni del laser. L'ambiente che circonda la fibra influisce sulla lunghezza d'onda della luce intrappolata nel rivestimento e le fibre moderatamente torte, possono essere usate come sensori di pressione, temperatura o composizione chimica.

Se la torsione è maggiore, i fotoni riescono a scappare dal rivestimento nello spazio circostante e nella fibra rimane solo luce con una singola polarizzazione, si produce così luce ideale per applicazioni laser. Questa ricerca è stata finanziata dal National Institute of Standards and Technology(NIST) negli USA ed è stata pubblicata in un articolo pubblicato sul numero del 2 luglio della rivista “Science”.

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

Chiral Photonics

National Science Foundation (NSF)

National Institute of Standards and Technology