Cos’è la fibra ottica, come funziona e perché è più veloce rispetto ai cavi in rame

Un cavo sottile come un capello con un anima in fibra di vetro: grazie alle sue proprietà, la fibra ottica trasporta informazioni sotto forma di segnali luminosi attraverso piccoli filamenti vetrosi o macromolecolari. Questa sua caratteristica rende i collegamenti in fibra più performanti del tradizionale cavo in rame, permettendoci di viaggiare nei meandri di internet a gran velocità. Ma come è fatta? E quali tipi ne esistono?

Cos'è la fibra ottica

Con il termine fibra ottica viene solitamente indicato quel cavo realizzato in fibra di vetro o polimeri plastici, del diametro di 125 millesimi di millimetro al cui interno viaggiano segnali luminosi grazie ai quali è possibile trasportare informazioni digitali. L'utilizzo di questa tecnologia per la ricetrasmissione dei dati in cavi spessi come un capello e le caratteristiche costruttive della fibra, rendono possibile il trasporto delle informazioni a grande velocità: questa tecnologia viene infatti usata soprattutto per migliorare le prestazioni della trasmissione dati per i dispositivi elettronici connessi alla rete internet.

Nel mondo delle comunicazioni digitali, le informazioni vengono trasferite sotto forma di bit ossia in sequenze di 0 e 1. La scelta del come si debba rappresentare ciascuno di questi simboli è funzione del canale di trasmissione e della tecnologia impiegata. Nella fibra ottica questo processo avviene impiegando impulsi luminosi, per cui un 1 corrisponderà all'invio di un segnale luminoso di una certa intensità mentre uno 0 potrebbe corrispondere ad un segnale di intensità minore o nulla. All'interno della fibra ottica, sfruttando proprietà le proprietà ottiche – in particolare la riflessione – i segnali luminosi inviati dal trasmettitore si propagano in un susseguirsi di rimbalzi da un capo all'altro del cavo.

Come è fatto e come funziona un cavo di fibra ottica

Immaginiamo di tagliare un cavo in fibra ottica: ciò che vedremmo sarebbero un insieme di materiali concentrici e di varia natura. Gli elementi principali sono 5:

• il core, nucleo vetroso del cavo;
• il cludding, letteralmente "mantello" che avvolge il core;
• il buffer;
• un filamento di rinforzo (di solito fibra di aramide o qualunque altro materiale in grado di aumentare resistenza e flessibilità del filamento);
• un jacket, ossia una guaina esterna.

Core

Il core, è costituito solitamente da fibre di vetro (biossido di silicio) o materiali polimerici. Costituisce lo strato più interno del cavo in fibra ottica, ed è in questo strato che avviene la propagazione degli impulsi luminosi. Quale che sia il materiale con il quale è realizzato, è importante che il core sia purissimo: la presenza di ogni minima imperfezione infatti, potrebbe ostacolare – e quindi compromettere irrimediabilmente – la trasmissione della luce al suo interno, con conseguente degrado del segnale trasmesso e perdita di dati.

Cludding

Il core è poi avvolto da un altro strato non meno importante: il cludding. La sua funzione è fondamentale poiché, circondando il core, evita che la luce possa disperdersi all'esterno. Il cludding è una sorta di "specchio" che riflette i raggi luminosi guidandoli attraverso il core.

Buffer

Il buffer a sua volta circonda i componenti fondamentali del cavo: core e clutter; esso fornisce alle componenti più fragili del cavo protezione e flessibilità, conferendo al cavo maggior resistenza.

Rinforzo

Solitamente buffer, cladding e core sono avvolti da uno strato in fibra di aramide, un materiale estremamente leggero ma molto resistente, anche noto come  kevlar. Per avere un'idea, questo è il materiale utilizzato anche per i giubbotti antiproiettile. Il suo utilizzo nella struttura dei cavi in fibra ottica, serve ad aumentarne la resistenza alla trazione una volta interrati all'interno delle trincee ossia gli scavi all'interno del terreno o delle strade.

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Jacket

Infine vi è una guaina esterna, il jacket. Essa circonda l'intero cavo evitando effetti abrasivi e proteggendolo da agenti chimici e/o atmosferici. In genere sono di pvc o altro materiale plaastico: il cavo color arancione che vediamo stendere all'interno degli scavi nelle nostre strade.

Perché la fibra ottica è più veloce dei cavi in rame

Rispetto ai tradizionali cavi in rame, i tipici "doppini telefonici" per intenderci, la fibra ottica offre prestazioni decisamente superiori… ma perché? Innanzitutto, cambia il principio con il quale vengono trasmessi i segnali all'interno delle due tipologie di cavo: nel cavo in rame le informazioni sono inviate sotto forma di segnali in tensione. Valori più elevati di tensione corrispondono ad un 1 mentre valori più bassi ad uno 0. Nella fibra ottica, invece, 1 e 0 sono codificati rispettivamente con presenza o assenza di segnale luminoso. Questa è la chiave di volta per capire il perché la fibra sia performante: i segnali elettrici trasmessi in nel conduttore in rame, sono soggetti a fenomeni fisici quali induttanze e resistenze che "limitano" il passaggio dell'informazione all'interno del cavo. Inoltre, interferenze elettromagnetiche esterne possono avere importanti ripercussioni sui segnali trasmessi. I segnali luminosi, per contro, non sono interessati da questi fenomeni.

Inoltre, dato che non ci sono interferenze nella propagazione dei segnali tramite la fibra ottica, è possibile coprire distanze maggiori con una larghezza di banda maggiori – in altre parole a parità di distanza aumenta la quantità di informazioni che si possono inviare.

Quali sono i tipi di fibra ottica

A seconda degli utilizzi per i quali è destinata e, in relazione alle modalità con cui i raggi luminosi si propagano nella fibra ottica, distinguiamo due categorie:

1. la fibra ottica multimodale;
2. la fibra ottica monomodale.

La multimodale, è quella più comunemente usata e meno costosa: al suo interno si propagano segnali luminosi inviati da emettitori "meno sofisticati" e più semplici quali, ad esempio, i led. Al contrario, le fibre monomodali, richiedono specifici trasmettitori laser, in grado di generare impulsi luminosi che si propagano in linea retta all'interno del cavo. Per questo motivo, le fibre monomodali, hanno un core dal diametro minore rispetto alle multimodali e trovano applicazione nelle dorsali di comunicazione oceaniche, lunghe tratte di cavo in cui devono viaggiare quantitativi elevatissimi di segnali ad alta velocità.