ίνα, οπτική

Λεπτός εύκαμπτος σωλήνας από διαφανές υλικό (π.χ. άμορφο χαλαζία), με τον οποίο είναι δυνατόν να μεταδώσουμε, με πολύ μικρή απόσβεση και σε συνήθως περίπλοκες διαδρομές, πληροφορίες σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων. Η ο.ί. έχει την εξής δομή: υπάρχει ένας κεντρικός πυρήνας, (μέσα στον οποίο πρέπει να περιοριστεί το οπτικό πεδίο), ο οποίος περιβάλλεται από έναν μανδύα, ο οποίος με τη σειρά του περιβάλλεται από ένα προστατευτικό περίβλημα, ενδεχομένως και από ένα ή περισσότερα στρώματα μονωτικού ή προστατευτικών θηκών. Ο πυρήνας και ο μανδύας είναι κατασκευασμένοι από οπτικό υλικό, ενώ το περίβλημα και το προστατευτικό από πλαστικό. Η μετάδοση της οπτικής ακτινοβολίας γίνεται με ολική ανάκλαση στα εσωτερικά τοιχώματα των ινών, οι οποίες καθορίζουν μια πορεία των ακτίνων. Ο περιορισμός μέσα στον πυρήνα της οπτικής ακτινοβολίας (δηλαδή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου) επιτυγχάνεται, κάνοντας τον δείκτη διάθλασης του πυρήνα μόλις κατά ένα εκατοστό μεγαλύτερο από αυτόν του μανδύα. Έτσι το φως, που αλλιώς θα διέφευγε προς τον μανδύα, επαναφέρεται προς τον πυρήνα. Οι ο.ί. ονομάζονται ακόμα οδηγοί φωτός και επειδή έχουν αρκετά μικρή διάμετρο (ακόμα της τάξης του εκατοστού και χιλιοστού του χιλιοστού), μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δέσμες και να αντικαταστήσουν ικανοποιητικά οποιοδήποτε εξάρτημα του κλασικού οπτικού οργάνου. Μεγεθύνσεις των εικόνων επιτυγχάνονται με ο.ί. μεγαλύτερης διαμέτρου. Ανάλογα με τις λειτουργίες που πρέπει να επιτελέσουν, οι ο.ί. κατασκευάζονται σε κυλίνδρους και σε δέσμες. Οι πρώτοι μπορεί να είναι άκαμπτοι, με μία ή περισσότερες ίνες, διαμέτρου 10 χιλιοστών, και με προκαθορισμένες ακτίνες καμπυλότητας. Χρησιμοποιούνται συνήθως ως σταθερές διατάξεις φωτισμού. Οι δέσμες, αντίθετα, είναι ομαδοποιήσεις πολλών ινών, με πολύ μικρότερη διάμετρο, αρκετά εύκαμπτες και συνεπώς κατάλληλες για κάθε τύπο καμπύλωσης. Αν η διάταξη των ο.ι. στο εσωτερικό της δέσμης είναι συμπαγής, η εικόνα εισόδου βρίσκεται αμετάβλητη στην έξοδο. Αυτές οι ο.ί. χρησιμοποιούνται περισσότερο και ονομάζονται συνεκτικοί οδηγοί. Από κατασκευαστική άποψη, οι εσωτερικές επιφάνειες κάθε ο.ί. πρέπει να μην έχουν ανωμαλίες ή εξογκώματα, γιατί αυτά θα προκαλούσαν ισχυρή απόσβεση της μεταδιδόμενης ακτινοβολίας. Ενδιαφέρουσες εφαρμογές των ο.ι. έχουμε στην ενδοσκοπία, στη φασματοσκοπία και κυρίως στις τηλεπικοινωνίες με την κωδικοποιημένη μετάδοση των πληροφοριών με τη μορφή κατάλληλων φωτεινών παλμών λέιζερ ή διόδων φωτεινής εκπομπής. Κατά τη διάδοσή του μέσα στις ο.ί. ο οπτικός παλμός εξασθενεί (λόγω σκέδασης και απορρόφησης) και παραμορφώνεται (λόγω διασκεδασμού, δηλαδή του φαινομένου μεταβολής του δείκτη διάθλασης σε συνάρτηση με το μήκος κύματος). Αναίρεση της παραμόρφωσης του παλμού μπορεί να επιτευχθεί, όταν η στάθμη ισχύος γίνει αρκετά μεγάλη και η ο.ί. οδηγηθεί σε μη γραμμική συμπεριφορά. Τότε είναι δυνατόν η ο.ί. να επιτρέψει διάδοση εξαιρετικά υψηλού ρυθμού πληροφορίας με μορφή παλμών σολιτονίων (μη γραμμικών κυμάτων που διαδίδονται διατηρώντας το σχήμα τους σταθερό). Οι ιδιότητες των ο.ι., οι οποίες τους δίνουν τη μοναδική τους θέση στην τεχνολογία επικοινωνιών, είναι το μεγάλο εύρος ζώνης, η χαμηλή πλέον εξασθένηση (0,2 dB/km), το μικρό τους μέγεθος, η γαλβανική απομόνωση και το χαμηλό κόστος.