Fibra ottica: storia e funzionamento

Con il termine fibra ottica si fa riferimento alla tecnologia e al mezzo per la trasmissione di informazioni attraverso impulsi di luce lungo un filo o una fibra di plastica o vetro.

Il mezzo utilizzato per il passaggio è un sottilissimo cavo il cui diametro è di 125 nanometri, più piccolo di quello di un capello umano. Al suo interno viene fatto "rimbalzare" un raggio o impulso luminoso il cui compito è quello di trasportare informazioni tra i due capi del filo.

Quali sono i vantaggi della fibra ottica? La capacità di trasportare una quantità di informazioni nettamente superiore rispetto ai normali cavi in rame, l'immunità rispetto ai disturbi elettromagnetici e alle condizioni meteo più impervie.

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La storia della fibra ottica

I principi della riflessione ottica utilizzati attualmente sono stati teorizzati da Archimede, tuttavia la prima applicazione pratica è attribuita a Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters e Lawrence E. Curtiss i quali hanno sviluppato il primo gastroscopio a fibra semi-flessibile.

Negli anni successivi, la comunità scientifica internazionale si è dedicata allo sviluppo di tecnologie per l'attenuazione del rumore.

Con rumore si intende una forma di energia indesiderata che si sovrappone al segnale utile, degradandone il contenuto informativo e impedendo la corretta ricezione delle informazioni trasmesse.

Un esempio comune è un disturbo tecnico durante una conversazione telefonica che impedisce di comprendere le parole dell'interlocutore.

L'obiettivo di riduzione del rumore è stato raggiunto solo quando si riuscì a portare l'entità del rumore al di sotto dei 20 dB per chilometro, consentendo così l'utilizzo su vasta scala e su lunga distanza della fibra ottica per il trasporto di grandi quantità di informazioni.

Nel 1970, un significativo progresso è stato ottenuto realizzando il primo filamento di fibra con parametro di rumore di 17 dB. Successo possibile attraverso il "drogaggio," che coinvolse il silicio, lo stesso materiale utilizzato nel vetro comune.

Negli anni '90, la tecnologia della fibra ottica ha fatto ulteriori progressi con l'introduzione dei cristalli fotonici, che hanno consentito la realizzazione di mezzi di comunicazione ancora più performanti.

I cristalli fotonici permettono il trasporto di un'energia maggiore e consentono il trasferimento di informazioni su differenti frequenze d'onda contemporaneamente, adattando così la tecnologia della fibra ottica a diversi utilizzi.

Da cos'è composta la fibra ottica?

Un singolo filamento di fibra ottica si compone di due sezioni concentriche realizzate con materiali estremamente puri e trasparenti, con diametri differenti.

La sezione interna cilindrica, nota come core, varia in dimensione da 8 a 50 nanometri, a seconda del tipo di fibra utilizzata. Il cladding, la sezione esterna, ha un diametro fisso di 125 nanometri e un indice di rifrazione inferiore rispetto al core.

Ad avvolgere questi due componenti, si trovano due ulteriori strati concentrici: il primo, più interno, è chiamato buffer, mentre il secondo, più esterno, è denominato jacket.

Questi strati sono comunemente realizzati in polimeri plastici e servono a conferire al cavo di fibra ottica resistenza agli stress fisici e alla corrosione.

Come funziona la fibra ottica?

La fibra ottica può essere compresa come una sorta di specchio tubolare che sfrutta la differenza di indice di rifrazione tra il core e il cladding.

Tipicamente, l'indice nel nucleo è di circa 1,5, mentre nel rivestimento è di 1,475. Grazie a questa differenza, quando un'onda luminosa entra nel core con un particolare angolo, noto come angolo limite, essa viene completamente riflessa verso l'interno della fibra al raggiungimento della superficie di separazione tra nucleo e rivestimento.

All'interno della fibra ottica, la luce può propagarsi in modo rettilineo o attraverso una serie estremamente elevata di riflessioni e rimbalzi tra le due sezioni concentriche: in modo più intuitivo, è come uno specchio avvolto su se stesso formando un tubo.

La luce si muove all'interno rimbalzando da un'estremità all'altra della superficie di separazione, come se fosse intrappolata al suo interno, meccanismo che consente di far viaggiare l’impulso luminoso senza dispersione o interferenze.

La connessione fibra ottica, in alcuni casi, raggiunge la centralina in strada, e si estende fino all'abitazione attraverso i tradizionali doppini telefonici in rame. Altre volte può arrivare direttamente all'interno dell'abitazione.

Un’iniziativa presentata nel 2022 dal Comitato per la diffusione della Banda Ultralarga rappresenta un intervento strategico mirato a promuovere digitalizzazione e connettività in Italia, ma anche a eliminare il divario digitale.

In risposta all'impellente importanza del digitale evidenziatasi durante la pandemia da Covid-19, un approccio strategico è stato adottato per garantire accesso generalizzato a dispositivi aggiornati e connessioni affidabili. L'obiettivo primario era migliorare la partecipazione di tutti alla società digitale.