Come funziona la fibra ottica


La fibra ottica sta sempre più prendendo piede in Italia, portando la banda larga, nella sua accezione più piena, nelle case degli Italiani, come alternativa più che valida alla ADSL, anzi decisamente migliore della tecnologia che per anni è stata incontrastato leader riguardo all'Internet veloce.

Grazie ad una copertura sempre maggiore fortemente voluta dagli operatori di telecomunicazione e dagli utenti, la fibra ottica si diffonderà presto dalle città più grandi e centrali, quali Milano, Torino, Roma, Bologna, Genova, Napoli e Bari, a quelle di periferia, per garantire così la banda larga al maggior numero di persone possibili. Del resto, sono molti gli operatori del settore che stanno investendo costruendo reti in fibra ottica proprietarie per sfruttare al meglio anche lo streaming in alta definizione che sta spopolando in questo periodo.

A livello tecnologico, vi è una grande differenza tra ADSL e fibra ottica; la prima impiega un flusso dati trasmesso con segnali elettrici sul comune doppino telefonico, mentre la seconda impiega un flusso dati trasmesso con segnali ottici su cavi flessibili di fibra di vetro o di polimeri plastici. Rispetto al classico cavo metallico, la fibra ottica è molto più semplice da maneggiare ed installare, ed è anche più difficile da intercettare e quindi garantisce maggiore sicurezza per le comunicazioni che la impiegano.

Tra i vantaggi della fibra ottica vi sono l'elevata velocità di trasmissione di dati raggiungibile, con possibilità di coprire grandi distanze, l'assenza pressoché totale di interferenze dovute a segnali elettrici, e la resistenza a condizioni atmosferiche rigide e a variazioni di temperatura. La fibra, rispetto al cavo di rame, presenta un'attenuazione molto più bassa ed una capacità di banda molto più alta, e le interferenze sono scongiurate anche per il fatto che il segnale ottico che viaggia lungo una fibra è in essa confinato, senza la possibilità di uscire ed interferire con quello di altre fibre. Inoltre, la fibra ottica risulta molto leggera e poco ingombrante, soprattutto se confrontata con un cavo coassiale con capacità di canale confrontabile.

Per collegarsi ad Internet mediante fibra ottica si possono sfruttare due possibili soluzioni implementative: la FTTS, ossia la Fiber to the Street, e la FTTH, ossia la Fiber to the Home. La FTTS si basa su un collegamento in fibra parziale, che copre la tratta principale che va dalla centrale al cabinet della centralina in prossimità dell'abitazione dell'utente, mentre la FTTH si basa su un collegamento totalmente in fibra, fino all'abitazione dell'utente. Il primo metodo, quindi, prevede una piccola tratta, dell'ordine di poche centinaia di metri, non coperta da fibra ma da doppino telefonico e pertanto darà vita ad una connessione un po' più lenta a causa dell'ultimo miglio non in fibra ottica.

Le velocità di un collegamento in fibra ottica possono andare da 100 Mbps a ben 1 Tbps, almeno in teoria, grazie ad una tecnologia che è andata sempre più affinandosi, con enormi progressi compiuti nell'ultimo ventennio, ma soprattutto proprio in questi ultimissimi anni, quando ci si è affidati particolarmente alla tecnologia WDM, acronimo di Wavelength Division Multiplexing. A titolo di esempio riguardo alle velocità raggiungibili, si consideri che la rete in fibra ottica Metrocore collega la Questura, la Pretura e il centro abitato di Pisa ad una velocità di circa 1 Gbps, e anzi la velocità è decisamente maggiore in alcuni tratti della rete, toccando i 10 Gbps, grazie alla tecnologia WDM. Le velocità massime rilevabili per collegamenti in grandi network, comunque, si attestano intorno ai 40 Gbps.

A livello tecnologico, una fibra ottica è costituita da due sottilissimi strati cilindrici di materiale trasparente molto puro, un core, ossia lo strato centrale, e un cladding, ossia un mantello, lo strato esterno che avvolge quello centrale. Questi strati sono realizzati in silice oppure in polimeri plastici e sono protetti dal buffer e infine dal jacket, una guaina protettiva polimerica. Nella pratica, ogni cavo osservabile non contiene una sola fibra ottica, ma diverse, per un massimo di 7; in genere ne contiene 5, ma vengono comunque inserite nel cavo altre due fibre, inerti, denominate filler, al fine di irrobustirne la struttura nella sua globalità, e renderla più resistente alle flessioni.

Il core presenta tipicamente un diamentro di soli 10 µm in caso di fibra ottica monomodale, funzionante con un singolo raggio luminoso ed utilizzata per collegamenti medio-lunghi fino a cira 40 chilometri, e di 50 µm in caso di fibra ottica multimodale, funzionante con più raggi luminosi ed utilizzata per collegamenti brevi fino a circa 2 chilometri; il cladding, invece, presenta tipicamente un diametro di circa 125 µm. Riguardo alle distanze percorribili, la fibra ottica multimodale consente la trasmissione di flussi di dati che possono percorrere distanze dai 100 metri ai 2.000 metri, a fronte di una velocità di trasmissione media che può andare, rispettivamente, da 100 Gbps a 100 Mbps. In generale, con l'impiego di amplificatori ottici si possono comunque coprire distanze di decine di migliaia di chilometri senza dovere ricorrere a ripetitori.

Il principio di funzionamento della fibra ottica si basa sulla propagazione della luce che entra nel core con un certo angolo di incidenza e che viene riflessa al confine tra i due strati, quello del core e quello del cladding. Esistono fibre costruite con diversi tipi di materiale e con vari indici di rifrazione, che presentano quindi caratteristiche di funzionamento diverse.

La fibra ottica in silice, ossia costituita da vetro, presenta lo svantaggio di essere molto fragile e soggetta a rottura, mentre la fibra ottica in polimeri, ossia costituita da materiale plastico, risulta più resistente, al prezzo di presentare un core con diametro tipicamente di 1 mm, molto più spesso, quindi, di quello della fibra in silice, e di presentare un'attenuazione piuttosto elevata ed una resistenza termica piuttosto bassa, con il vantaggio, però, di potere essere impiegata per fibre multimodali e consentire un'ampia banda, fino a 1 GB/s per 100 metri.

Sebbene la fibra ottica non subisca interferenze di natura elettromagnetica, è comunque soggetta ad attenuazione del segnale ottico che trasporta, misurata in db/Km, che dipende dalla natura dei suoi materiali costruttivi e dalla presenza di impurità e di discontinuità in essi, ma che dipende anche dall'angolo di curvatura della guida dielettrica, che può dar vita ad una alterazione dispersiva del campo elettromagnetico alla base della propagazione del segnale. Il processo costruttivo è molto importante perché possono incidere pesantemente sul buon funzionamrnto della fibra imperfezioni dovute a particelle di polvere, microvuoti e fessurazioni, che possono interagire con il segnale che transita nella fibra se hanno dimensioni confrontabili con la sua lunghezza d'onda.

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