Ogni giorno sentiamo questo termine, negli spot televisivi, nelle pubblicità online e offline, anche nel nostro sito e nei nostri social trovi la dicitura “fibra” e “fibra ottica”. Ma di preciso, cos’è la fibra ottica, come è fatta e come funziona? Lo scopriremo in questo articolo!

Dal punto di vista della sua composizione, la fibra ottica altro non è che un materiale ottenuto da una lavorazione e costituito da dei polimeri vetrosi sotto forma di filamenti. In pratica una sorta di filo abbastanza simile al vetro dal punto di vista delle caratteristiche fisiche. Tale materiale, una volta assemblato nella fibra ottica finita e quindi in cavi, permette l’uso della stessa come una guida d’onda, ovvero come un mezzo dove veicolare al suo interno un’onda elettromagnetica, nel nostro caso la luce e più precisamente una parte dello spettro della luce, generalmente nell’ordine dell’infrarosso. Questo permette quindi di generare un impulso luminoso nel punto A e trasportarlo al punto B anche se questi non sono in visibilità ottica diretta, ad esempio da una parte all’altra del mondo. Se consideriamo che la velocità della luce è all’incirca 300.000 km al secondo nel vuoto è facile comprendere che, anche se interponiamo un mezzo trasmissivo (la fibra ottica) tra i due punti, che ne ridurrà la velocità, questa rimarrà abbastanza elevata da permettere all’impulso luminoso che viene generato nel punto A di raggiungere il punto B praticamente istantaneamente. Inoltre, a differenza di altri tipi di collegamento, come quelli in rame, la fibra ottica non subisce particolari interferenze esterne, e questo, assieme ad altri fattori, ne determina una presenza molto limitata di attenuazione, ovvero, la “potenza” del segnale lungo tutto il cavo, si ridurrà lungo la sua lunghezza in modo molto lieve rispetto a quanto accade con altri mezzi trasmissivi e questo comporta la possibilità di coprire grandi distanze senza la necessità di dover interrompere il cavo per rigenerare il segnale.

Ogni fibra ottica è costituita da una serie di strati, quello più centrale dove avviene effettivamente la propagazione dell’onda luminosa, è il nucleo (core) e ha uno spessore, nelle fibre ottiche di tipo monomodale, ovvero quelle generalmente utilizzate per le telecomunicazioni su media e lunga distanza, di circa 8/9 µm (micrometri), se consideri che un capello umano ha uno spessore medio di 0,08 mm (quindi 80 µm) capisci quanto sottile sia la fibra ottica! Il core è costituito da un materiale molto puro, mentre il secondo strato, ovvero il mantello (cladding) è composto da un materiale meno puro del core, questo fa si che la luce che viaggia nel nucleo possa riflettersi sul mantello e continuare cosi la sua corsa verso l’altro capo della fibra ottica, il cladding ha uno spessore di 125 µm. Il terzo strato è il rivestimento ed è chiamato coating, altro non è che una guaina protettiva per i due strati più interni e ha lo scopo di proteggere la fibra dagli agenti esterni e rinforzarla per le torsioni, ha uno spessore, normalmente, di 250 µm ovvero un quarto di millimetro, il quarto strato è composto da una serie di filamenti chiamati strengthening fibers, sono dei fili composti di vario materiale che servono a rinforzare il cavo da pressioni e tensioni e sono studiati appositamente per rendere il cavo più resistente durante le fasi di installazione. L’ultimo strato è il rivestimento esterno (jacket) che protegge l’intero cavo e ne permette la maneggiabilità senza danneggiare i componenti interni. Normalmente un cavo in fibra ottica per telecomunicazioni è composto da molteplici di questi singoli cavi in fibra.

La fibra ottica viene utilizzata da tempo in diversi campi, il primo fu il campo medico, dove nella metà del 900 vennero prodotti i primi gastroscopi che permettevano, grazie alle fibre ottiche, di eseguire esami medici interni poco invasivi e quindi di vedere l’interno del corpo senza la necessità di utilizzare la chirurgia o la radiografia. In seguito la fibra ottica venne impiegata per le telecomunicazioni. In Italia il primo utilizzo della fibra ottica per le telecomunicazioni risale al 1977 con la posa di una tratta ottica sperimentale nella città di Torino.

Il funzionamento della fibra ottica, da un punto di vista concettuale, è estremamente semplice, e consiste nel generare un impulso luminoso da un lato del cavo in fibra, e veicolarlo dal lato opposto. Questo comporta degli enormi vantaggi nella trasmissione dei dati per le peculiarità della fibra sopra citate. La trasmissione dati su fibra ottica infatti è estremamente affidabile e veloce. Su una singola fibra, a seconda del metodo con cui viene “illuminata”, è possibile trasferire dati a velocità decisamente elevate, anche nell’ordine di centinaia di Gbps. Ecco perché i collegamenti in fibra ottica sono utilizzati per collegare tra di loro le principali strutture della rete internet mondiale, anche attraverso gli oceani! La fibra ottica ora sta diventando sempre più comune anche nel collegamento residenziale alla rete internet, se infatti fino a qualche anno fa i collegamenti in fibra ottica erano solo un miraggio (nonostante molti provider vendessero come “fibra” dei collegamenti ad internet dove di fatto la fibra arriva solo all’armadio stradale per poi prosegue in rame) oggi i collegamenti di tipo FTTH ovvero Fiber To The Home (letteralmente, Fibra Fino A Casa) sono abbastanza comuni e permettono di avere un collegamento ad internet interamente in fibra ottica con tutti i vantaggi in termini di velocità e latenza che ne conseguono.

Per i collegamenti FTTH sono utilizzati vari tipi di tecnologia per connettere gli edifici alla rete ad internet, il più comune è il tipo di architettura GPON che significa Gigabit-Capable Optical Network, ovvero Rete Ottica Capace di Raggiungere il Gigabit. Tale tipo di architettura permette il collegamento alla rete degli edifici mediante l’utilizzo della fibra ottica e consente lo sviluppo della rete in modo rapido e capillare. Nelle reti di tipo GPON infatti non sono necessari elementi “attivi” tra la centrale e l’utente, quindi non vengono utilizzati dispositivi che necessitano di alimentazione elettrica nei tratti intermedi tra la centrale e l’edificio che viene connesso in rete, questo comporta, oltre che ad una riduzione dei consumi rendendo tale architettura una scelta green, la diminuzione delle operazioni da eseguire per l’implementazione della rete in una determinata area, rendendo quindi più rapido lo sviluppo della rete stessa. L’architettura GPON prevede la condivisione di una fibra tra più utenti, o meglio, prevede la possibilità di dividere una singola fibra, in più fibre, per collegare più utenze, ogni gruppo di utenze è detto in gergo “Albero GPON”. La fibra principale è connessa presso la centrale ad una porta di un apparato chiamato OLT (Optical Line Terminal), questa fibra raggiunge un primo punto di splitting (ovvero il primo punto in cui viene divisa in più fibre) dove un apposito apparato passivo, chiamato splitter, si occuperà di dividere la fibra principale in più rami, ogni ramo  (una fibra ottica) generato dal primo splitter potrà a sua volta essere diviso in ulteriori rami da un ulteriore splitter, e così via per un numero limitato di volte sino ad arrivare all’edificio che sarà connesso in rete, ecco perchè in gergo si definisce “albero” ogni gruppo di collegamenti della medesima area, ogni OLT presso la centrale dispone di più porte, cosi da poter collegare più “alberi”. Presso l’edificio sarà posizionato un dispositivo chiamato ONT (Optical Network Terminal) che si occuperà di convertire il segnale ottico in segnale elettrico e al quale, a sua volta, sarà collegato il router che permetterà l’accesso alla rete internet.

Oltre che per le telecomunicazioni la fibra ottica sta prendendo sempre più piede nell’utilizzo come sensore per via del fatto che la luce che viaggia all’interno della fibra è sensibile alle deformazioni della fibra stessa, è in fase di studio l’uso della fibra ottica come sensore per la rilevazione dei terremoti!

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