Scheda a cura di Stefano Bianco, Michele Caponero, Franco L. Fabbri e Antonio Paolozzi.
Tutti noi - o quasi tutti - conosciamo le fibre ottiche che sembrano piegare la luce alla nostra volontà. Le loro applicazioni sono innumerevoli, dalle decorazioni natalizie, all’illuminazione dei cruscotti delle nostre automobili, alle sonde per l’esplorazione delle parti interne del nostro corpo. A fianco di queste applicazioni - abbastanza note al grande pubblico - ve ne sono altre meno note come la trasmissione dei dati in Internet e nelle telecomunicazioni, ed alcune - assolutamente inattese - come il loro utilizzo negli esperimenti di fisica di alta energia per monitorare gli apparati o – addirittura - come innovativi rivelatori di particelle. In questo approfondimento ScienzaPerTutti vi descrive uno sviluppo relativo alla fibre ottiche che, motivato dalle esigenze della trasmissione dati, ha mostrato una grande duttilità e viene oggi utilizzato in molti altri settori. E’ un tipico caso della capacità di rapida disseminazione di nuove tecnologie che la ricerca ci rende disponibili. Si tratta dello sviluppo di fibre che contengono al loro interno un reticolo di Bragg o come vengono definite Fiber Bragg Grating 
o più brevemente FBG.
Cos' è, come si realizza e come agisce il reticolo di Bragg sulla fibra?
Nella parte più interna della fibra , nel core, viene realizzata una variazione periodica e piccolissima dell’indice di rifrazione . La tecnologia per realizzare questa variazione è in principio molto semplice. Basta esporre il core della fibra ad una figura di interferenza realizzata con luce laser ultravioletta per un tempo opportuno. Un processo di “fissaggio” è richiesto per rendere stabile fino a temperature di qualche centinaio di gradi centigradi della scala Celsius 
. Il periodo di questa variazione è circa 0.5 micron (nella figura seguente viene perciò simbolicamente rappresentato con una serie di linee trasversali alla fibra, che simboleggiano i massimi del valore dell’indice di rifrazione). La lunghezza della zona trattata è solitamente di 1 cm e quindi risulta costituita da circa 20000 cambiamenti di indice di rifrazione (20000 linee trasversali nella rappresentazione simbolica su menzionata). Abbiamo così di fatto realizzato un reticolo di Bragg la cui proprietà sarà quella di riflettere una lunghezza d’onda specifica, chiamata lunghezza d’onda di Bragg λB Questa lunghezza d’onda è legata al passo del reticolo ΛB dalla semplice relazione:
λB = 2n ΛB
dove n è legato all’indice di rifrazione del core. Quando il segnale viaggia nella fibra arrivato nella zona del reticolo di Bragg può, a seconda della sua frequenza essere trasmesso, essere riflesso all’indietro o uscire dalla fibra. Le FBG dunque possono agire come filtri e selezionare una particolare frequenza presente sul segnale ed estrarla (riflessione indietro) dalle altre. Questa caratteristica di filtro di una specifica frequenza all’interno di un segnale a banda larga delle FBG è utilizzata nella trasmissione di dati sia in telecomunicazioni che in Internet.
Come si utilizzano le fibre ottiche e le FBG nella trasmissione dei dati.
Le fibre ottiche sono state introdotte da tempo come alternativa al cavo di rame Cu 
nella trasmissione di dati. I vantaggi sono molteplici, i principali sono: alta velocità di trasmissione, assenza d’interferenze elettro-magnetiche e quasi totale assenza di rumore 
(Il rumore termico , caratteristico della trasmissione di un segnale elettrico, è infatti praticamente inesistente nel caso di un segnale ottico. Resta solo il rumore quantico per sua natura molto inferiore. Il segnale che viaggia nelle fibre ottiche per telecomunicazione è centrato intorno a 1550 nanometri o se si preferisce a 1,55 micron . Questa lunghezza d’onda è stata scelta nell’ambito delle telecomunicazioni perché corrisponde ad un minimo dell’attenuazione nella propagazione del segnale nella fibra. E’ una lunghezza d’onda non visibile trattandosi di un infrarosso vicino (il colore rosso, che è la parte più estrema della luce visibile , è a circa la metà, cioè a 0.8 micron), tuttavia, per facilità di linguaggio, parliamo di colori anche se ci troviamo nel campo dell’infrarosso ( i colori sono a rigore per noi definiti solo nella zona del visibile).
Le FBG con la loro capacità di estrarre da un segnale a larga banda una specifica frequenza sono un completamento essenziale per la trasmissione dei dati. Immaginiamo di inviare lungo una fibra un segnale in banda larga composto cioè di molte frequenze, l’equivalente di luce bianca, nella fibra. Quando il segnale arriva al reticolo, questo agisce come un filtro riflettendo indietro una particolare frequenza (la lunghezza d’onda di Bragg λB) mentre il resto del segnale transita fino al prossimo reticolo.
In questo modo i vari reticoli filtrano e riflettono indietro specifiche frequenze all’interno del pacchetto di frequenze che costituiscono il segnale. Il pacchetto di frequenze corrisponde all’insieme di conversazioni che viaggiano su una linea telefonica, o di dati che viaggiano nella rete Internet, e i reticoli sono gli opportuni selettori che estraggono una specifica conversazione (una specifica frequenza) smistandola così al destinatario (utente telefonico o nodo Internet) dove un opportuno trasduttore opto-elettrico tradurrà il segnale ottico in segnale elettrico per la trattazione finale fino al nostro telefono o nostro computer.
L’utilizzo delle Fiber Bragg Grating come sensori di deformazioni.
Una fibra con reticolo di Bragg può infatti essere utilizzata come sensore (sensore FBG) per misurare le deformazioni (in inglese strain) e conseguentemente gli sforzi (in inglese gli stress) delle strutture dove essa è incollata o inserita. Se la parte della fibra con il reticolo è incollata o inserita in una struttura, la deformazione della stessa comporterà una deformazione del reticolo e, quindi, un cambiamento della lunghezza d’onda riflessa 
. Inviando un segnale a banda larga si possono monitorare le deformazioni osservando il segnale riflesso. Molti sono i vantaggi dei sensori FBG sui misuratori di deformazioni convenzionali come gli estensimetri (strain-gage) : immunità da interferenze elettromagnetiche, possibilità di inserire più sensori FBG sulla stessa fibra, naturale inerzia del vetro (quarzo ) di cui sono fatte le fibre, presenza di solo rumore quantico .
Applicazioni dei sensori FGB.
Lo sviluppo dei sensori FBG come sensori di deformazioni ha avviato moltissime successive applicazioni. La loro peculiarità di poter rispondere ad alcune modifiche dell’ambiente in cui sono inserti - quali temperatura, trazione, compressione, impatto con onde acustiche ed altre ancora – ha determinato il loro progressivo proliferare nel settore dei materiali intelligenti, cioè dei materiali che sono in grado, di sentire l’ambiente circostante e di reagire ad esso come avviene nel sistema nervoso degli esseri viventi. I sensori FBG si prestano a riportare nelle strutture e materiali di vario tipo questo concetto di sistema nervoso. Possono essere facilmente inseriti all’interno di resine rinforzate con fibre di vetro o di carbonio (sono i così detti materiali compositi polimerici), possono anche essere inseriti nel calcestruzzo o in materiali metallici, data la loro natura dielettrica (sono fatti di vetro), possono anche essere incollati sui materiali nello stesso modo degli estensimetri convenzionali . Molte applicazioni, anche se ancora da considerarsi sperimentali, riguardano l’ingegneria civile: ponti autostradali e ferroviari possono essere strumentati con una serie di sensori FBG allo scopo di monitorare lo stato di integrità strutturale degli stessi, in analogia a quanto fa il nostro sistema nervoso che fornisce segnali di dolore ogni qualvolta ci sia qualche patologia o rottura. Altre applicazioni di monitoraggio strutturale sono in corso di sperimentazione in parti di aeromobili. In Giappone vengono sviluppati progetti per equipaggiare con sensori FBG le parti rinforzate delle aperture nella fusoliera dove andranno disposte le porte di ingresso. In Italia la nostra industria aerospaziale con la Alenia Aeronautica 
ha in progetto di sperimentare in volo i sensori su un aeromobile da trasporto. Oltre a queste applicazioni più immediate, ne esistono altre meno prevedibili. L’Infn sta sperimentando la tecnologia nell’ambito delle alte energie per monitorare le deformazioni dei tracciatori di altissima precisione (Btev-Lnf ) o per rilevare il passaggio di particelle (neutrini) in un liquido tramite l’onda sonora che idrofoni 
[380] basati sulla tecnologia FGB .