Dai primi utilizzi in campo medico a fattore abilitante per la digitalizzazione. Scopriamo la storia, le caratteristiche e i vantaggi della fibra ottica, la tecnologia dalle più elevate prestazioni.

La fibra ottica rappresenta la tecnologia che ha rivoluzionato il settore delle telecomunicazioni.

Sviluppata con finalità commerciali solo a partire dagli anni Sessanta, ha rivoluzionato il modo in cui i dati vengono trasmessi, garantendo una velocità e una qualità di connessione nettamente superiori rispetto ai tradizionali cavi in rame.

Grazie alla sua elevata capacità di trasmissione, alla ridotta latenza e alla maggiore resistenza alle interferenze, la fibra ottica è il fattore cardine delle comunicazioni globali, impiegata in ambiti che spaziano dalla connettività domestica a quella professionale, fino alle applicazioni industriali.  

Origini e sviluppo della fibra ottica

Il principio della riflessione totale interna, su cui si basa la fibra ottica, venne dimostrato per la prima volta nel 1840 da Daniel Colladon e Jacques Babinet, per illuminare le fonti delle fontane pubbliche di Parigi. La propagazione della radiazione luminosa, è stata comprovata anche dal fisico britannico John Tyndall che nel 1870 riuscì a dimostrare la trasmissione della luce attraverso un getto d’acqua curvato. Un esperimento che pose le basi per i futuri sviluppi della fibra ottica come mezzo di comunicazione.

Nel 1956, si ha il primo impiego in campo medico della fibra ottica per la realizzazione di un gastroscopio. Ma l’elevata perdita di segnale subita dalla luce all’interno della fibra, ne evidenziò ben presto i limiti.

Bisognerà attendere il 1963 quando Charles Kao e George Hockham, due ricercatori della Standard Telephones and Cables Ltd – azienda britannica operante nel settore delle telecomunicazioni – proposero di utilizzare fibre di vetro per trasmettere informazioni sotto forma di impulsi luminosi, nella convinzione che tale tecnologia fosse in grado di superare i cavi coassiali in rame. L’intento era dimostrare che la luce ancor più dell’elettricità, poteva essere utilizzata per trasmettere voce e dati in modo accurato e a velocità molto elevate.

La svolta arriva nel 1966, quando Charles Kao intuì che l’attenuazione del segnale nella fibra era dovuta alle impurità presenti nel vetro con il quale era prodotta. In seguito alle scoperte del ricercatore, l’azienda americana Corning Glass produsse nel 1970 la prima fibra ottica a uso commerciale utilizzando un vetro estremamente puro in grado di trasportare l’energia luminosa su lunghe distanze, con una velocità 65.000 volte superiore al rame.

Gli studi sulla fibra ottica valsero a Kao l’assegnazione del Japan Prize e del Premio Nobel per la Fisica, per aver contribuito al perfezionamento e all’implementazione di tale tecnologia nelle reti di telecomunicazione. Negli anni successivi, la fibra ottica conobbe una sempre maggiore diffusione grazie ai continui miglioramenti nella qualità dei materiali impiegati e alla progressiva riduzione dei costi di produzione.

Da allora, la ricerca per sviluppare tecnologie sempre più evolute non si è mai fermata. Nel 1988 fu installato il primo cavo transatlantico in fibra ottica (TAT-8) che connette Francia, Regno Unito e Stati Uniti, mentre nel 1991 iniziarono a svilupparsi le prime fibre a cristalli fotonici, usate per trasportare un maggior quantitativo di energia. La fibra ottica è ormai diventata la spina dorsale delle reti di comunicazione a livello globale, aprendo la strada all’era della rivoluzione digitale.

Struttura della fibra ottica: com’è fatta e come funziona

La fibra ottica è un mezzo di trasmissione costituito da sottili filamenti di materiali vetrosi o polimerici, di diametro dell’ordine di un decimo di millimetro, tenuti insieme da una piccola guaina di materiale isolante. Il cavo contiene al proprio interno un fascio di filamenti divisi in due sezioni: una interna trasparente e una esterna più opaca, capace di riflettere la luce.

Il principio base che rende possibile la trasmissione è la riflessione totale interna. Quando la luce colpisce l’interfaccia tra due materiali con indici di rifrazione differenti, sotto un certo angolo, essa viene riflessa all’interno del materiale, permettendo alla luce di viaggiare senza fuoriuscire dalla fibra.

Quali sono i principali componenti di un cavo in fibra ottica?

I cavi in fibra ottica sono realizzati da alcune componenti fondamentali che rendono possibile la trasmissione dei dati, di seguito illustrate:

• nucleo (core): la parte centrale della fibra realizzata in vetro di silice ultra puro che trasmette gli impulsi luminosi;
• guaina (cladding): il rivestimento che circonda il nucleo, con un indice di rifrazione inferiore, è responsabile della riflessione totale interna;
• rivestimento esterno (coating): la protezione in plastica che circonda la guaina, isolando la fibra da danni e umidità;
• armatura: per assicurare una maggiore resistenza a eventuali sollecitazioni esterne, è possibile rivestire la fibra con uno o più strati di armatura, al fine di non comprometterne le prestazioni.

In che modo funziona la fibra ottica?

Il meccanismo di funzionamento della fibra ottica si basa sulla trasmissione di impulsi luminosi, attraverso il nucleo. Tali impulsi, generati da diodi che emettono luce, rappresentano i dati da trasmettere codificati in forma digitale.

È un meccanismo che si verifica quando la luce viaggia dal nucleo (con un indice di rifrazione più alto) verso la guaina (con un indice di rifrazione più basso), colpendo le loro interfacce a un certo angolo critico, detto angolo limite. La luce viene completamente riflessa all’interno del nucleo lungo un determinato percorso.

Tuttavia, durante la propagazione, una piccola parte del segnale luminoso viene dispersa a causa di imperfezioni presenti nel nucleo, nel rivestimento o nelle curvature del cavo. Questo fenomeno, noto come dispersione, può causare l’attenuazione del segnale su lunghe distanze.

Sebbene la fibra ottica sia nota per la sua capacità di trasmettere informazioni con perdite minime, non è completamente immune dai rischi di attenuazione che comportano una riduzione dell’intensità del segnale luminoso mentre si propaga attraverso la fibra.

Cosa determina la dispersione nella fibra ottica?

Esistono alcuni fattori che possono causare la riduzione del segnale luminoso nella fibra ottica, fenomeno noto come attenuazione in grado di comprometterne le performance. Vediamo le cause più frequenti:

• assorbimento: parte della luce viene assorbita dal materiale della fibra durante la trasmissione;
• diffusione: la presenza di minute particelle o di imperfezioni nel vetro può causare una dispersione della luce;
• pieghe e deformazioni del cavo: le curvature eccessive o eventuali danni al cavo possono determinare perdite di segnale luminoso;
• giunzioni: i punti di contatto tra le fibre possono ridurne la potenza;
• dispersione cromatica: fenomeno che si verifica quando la luce, che non è perfettamente monocromatica, si propaga nella fibra con frequenze e velocità di attraversamento diverse.

Per garantire una trasmissione stabile del segnale, diventa dunque essenziale ridurre al minimo l’attenuazione, motivo per cui gli standard di produzione per la fibra ottica sono particolarmente rigorosi.

Quali sono i vantaggi della fibra ottica?

La fibra ottica offre numerosi vantaggi rispetto alle altre connessioni di rete. Rappresenta la soluzione tecnologica più avanzata in grado di soddisfare le diverse esigenze di connettività. Di seguito, i principali benefici.

Velocità e larghezza di banda superiore

Uno dei principali vantaggi della fibra ottica risiede nella sua capacità di offrire velocità di trasmissione dati notevolmente superiore rispetto ad altre forme di comunicazione. In virtù della maggiore larghezza di banda, la fibra ottica è in grado di trasmettere elevate quantità di dati garantendo esperienze di navigazione senza limitazioni anche in caso di traffico intenso.

Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche

A differenza dei cavi in rame, le fibre ottiche sono completamente immuni da eventuali interferenze elettromagnetiche e assicurano una trasmissione dati più stabile e affidabile. Caratteristica che rende la fibra ottica particolarmente adatta in contesti influenzati da forti campi elettromagnetici.

Capacità di resilienza

I cavi in fibra ottica si caratterizzano per una maggiore resilienza agli sbalzi di temperatura e alle condizioni meteorologiche avverse. Sono più leggeri, più sottili e più robusti dei cavi in rame e hanno meno probabilità di rompersi o danneggiarsi.

Bassa latenza

La fibra ottica presenta una ridotta latenza: la quantità di tempo necessaria affinché un pacchetto di dati si sposti tra due punti attraverso la connessione di rete, risulta bassa. Una qualità importante perché la latenza influenza direttamente la produttività e le prestazioni dell’applicazione, nonché l’esperienza dell’utente finale.

Maggiore distanza di trasmissione e minore attenuazione del segnale

Essendo caratterizzata da una bassa attenuazione del segnale, la fibra ottica può trasmettere dati su distanze molto più lunghe rispetto ai cavi in rame, prima che sia necessario rigenerare o amplificare il segnale. Infatti, mentre i cavi in rame presentano una portata massima di pochi chilometri, le fibre ottiche possono trasmettere il segnale per centinaia di chilometri senza interruzioni.

Una proprietà che rende la fibra ottica l’architettura di rete ideale negli apparati di trasmissione dati su lunghe distanze, come nelle reti di backhaul e reti di trasporto che collegano le reti locali di accesso alla rete centrale, comprese le reti MAN (Metropolitan Area Network) e WAN (Wide Area Network), internazionali e intercontinentali.  

Ridotto impatto ambientale

La fibra ottica rappresenta una soluzione ecosostenibile. A differenza del rame, non è necessario estrarre dal sottosuolo i materiali che andranno a costituire i sottili filamenti di vetro di cui è composta. Non vi sono, pertanto, emissioni di polveri e gas nell’atmosfera. Inoltre, i cavi essendo ben coibentati e resistenti ai danneggiamenti, necessitano di poca manutenzione nel tempo.

Fibra ottica, la migliore soluzione per Internet casa

In un mondo sempre più interconnesso, usufruire di una connessione stabile e veloce è diventata una necessità imprescindibile. Rispetto alle tecnologie precedenti, la fibra ottica è in grado di offrire le più elevate prestazioni di navigazione attualmente raggiungibili.

Garantisce una connessione ultraveloce, resiliente e con una bassa latenza. In virtù della sua capacità di assicurare alti livelli di performance pur in presenza di traffico intenso, è la scelta ideale per la connettività domestica. Pensata per soddisfare le esigenze di tutta la famiglia e supportare al meglio ogni attività online, dallo streaming allo smartworking. L’opzione preferita già da molte famiglie.

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