Sorgenia
cerca
Accedi accedi

Fibra ottica: cos’è e come funziona

  1. Home
  2. Smart energy
  3. Fibra ottica: cos’è e come funziona

Ripercorriamo la storia della fibra ottica dai primi esperimenti degli anni ‘50 allo sviluppo attuale di questa tecnologia. Ecco come cambia il nostro modo di usare internet

La Fibra Ottica è una tecnologia che permette di trasmettere dati ad altissima velocità, prossima a quella della luce, quando ci si connette a Internet.
Negli anni settanta quella che oggi tutti chiamiamo fibra internet era impiegata a scopo decorativo per produrre lampade colorate. Da diversi decenni le fibre ottiche sono diventante una componente importante per il settore delle telecomunicazioni e delle comunicazioni. Le reti telefoniche, la rete internet, i collegamenti sottomarini intercontinentali sono in fibra ottica e il mercato è in fase di espansione.
Le fibre ottiche, piano piano, stanno sostituendo i tradizionali cavi telefonici in rame e costituiscono oggi l’infrastruttura attraverso la quale viaggiano più dell’80% delle informazioni Internet, delle immagini televisive e delle conversazioni telefoniche in tutto il mondo.

STORIA DELLA FIBRA OTTICA

L’anno di nascita della prima fibra ottica è il 1956 quando venne brevettata a uso medico per la costruzione di un gastroscopio. Il suo impiego era limitato perché i dati che si trasmettevano all’interno della fibra sotto forma di impulso luminoso riuscivano a percorrere solo brevi distanze per poi dissolversi. La svolta arrivò qualche anno più tardi, negli anni ’60, quando un ricercatore dello Standard Telecommunication Laboratory, Charles Kao, capì che la perdita di segnale era dovuta alla scarsa purezza dei materiali utilizzati. Nel 1966 pubblicò un articolo che cambiò per sempre la storia delle fibre ottiche e ne aprì l’impiego nel campo della telefonia. Kao dimostrò che la forte attenuazione del segnale nelle fibre era dovuta esclusivamente alle impurità presenti nel vetro con il quale erano prodotte, ed era quindi una problematica superabile. L’azienda americana Corning Glass accolse la sfida dello studioso e nel 1970 produsse la prima fibra ottica fatta di un vetro estremamente puro in grado di trasportare l’energia luminosa su lunghe distanze e con una capacità di trasporto del segnale 65.000 volte superiore rispetto al rame. Le attività di ricerca sulla fibra ottica valsero a Kao l’attribuzione del Japan Prize, un riconoscimento internazionale del Giappone assegnato a chi, nel campo della tecnica e della scienza, si è messo al servizio della pace e della prosperità. Nel 2009, al termine della sua carriera, Charles Kao venne insignito del Premio Nobel per la Fisica.
Dal 1970 in poi la ricerca per sviluppare fibre ottiche sempre più potenti e raffinate non si è mai fermata. Il 1988 è l’anno in cui fu posato il primo cavo transatlantico che impiegava la tecnologia della fibra ottica. Mentre nel 1991, grazie agli studi nel campo dei led a cristalli fotonici, iniziarono a svilupparsi le prime fibre a cristalli fotonici che vennero però commercializzate solo a partire dal 1996.
Oggi gli sforzi della ricerca stanno cercando di trovare una soluzione al problema del “collo di bottiglia” causato dall’uso dei doppini in rame che rallenta la pur velocissima trasmissione di dati.

LA FIBRA OTTICA IN ITALIA

In Italia un grande impulso alla ricerca scientifica nel campo della fibra ottica è stato portato dal Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni (CSELT), un istituto di ricerca, chiuso nel 2001, molto attivo nel campo delle telecomunicazioni. Il CSELT è stato il principale centro di ricerca del settore in Italia e uno dei più importanti a livello europeo. Il suo quartier generale era a Torino e questo ha permesso alla città piemontese di essere la prima completamente cablata con rete ottica nel 1977.
Il Progetto Socrate di SIP Nel 1995 la SIP provò, con il Progetto Socrate, a portare la fibra ottica in tutto il territorio nazionale. Il progetto Socrate puntava a cablare 10 milioni di abitazioni attraverso l’uso di cavi coassiali come ultimo miglio e fibra ottica come dorsale, per diffondere servizi a banda larga tra cui la TV via cavo e internet. Dal punto di vista finanziario il progetto prevedeva un investimento da 13mila miliardi di vecchie lire. Le prime città ad essere cablate furono Bari, Venezia, Siena e San Gimignano, tutte città per le quali occorreva particolare attenzione dal punto di vista urbanistico. Il progetto Socrate naufragò per la convergenza di questioni finanziarie e tecnologiche (lo sviluppo della tecnologia ADSL). Quando il progetto fu chiuso nel 1997, erano già stati spesi 5mila miliardi di lire ed erano stati cablati 1,5 milioni di abitazioni dislocate in 64 città.  

Metrocore Un esperimento interessante che riguarda il nostro paese è il caso di Metrocore, una rete fibra ottica civica installata nel 2001 per collegare il CNR all’Università di Pisa. La rete era nata per scopi di ricerca ed era destinata all’impiego interno agli ambienti accademici. Ora, invece, ad essa sono allacciate anche la Questura, la Pretura e il centro abitato, che navigano a una velocità di circa 1 gigabit/secondo.
Metrocore è una rete fotonica (ovvero un insieme di nodi di trasporto e di nodi di accesso che si basa sulla trasmissione di fotoni e l'elaborazione dei segnali ad essi associati, ndr.) in fibra ottica che amplifica di circa 10 volte la banda disponibile, e in alcuni tratti raggiunge velocità intorno ai 10 gigabit al secondo poiché impiega la tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing, uno dei meccanismi utilizzati nella comunicazione ottica). La velocità è paragonabile alla rete di Internet 2 che negli USA collega un centinaio di centri di ricerca a grandi società.

Su queste virtuose collaborazioni tra università e aziende, negli Stati Uniti si è costruito un modello di business al fine di recuperare il vantaggio competitivo che vedeva gli USA capofila della rivoluzione tecnologica agli albori di internet e perso con la diffusione del web.

Tornando al presente, la rete in fibra è già diffusa sulla maggior parte del territorio nazionale e il trend di crescita del nostro paese in questo settore è tra i primi in Europa. Nel 2018 6,3 milioni di abitazioni avevano accesso alla banda ultra larga. Questo testimonia che l’Italia sta puntando sull’innovazione e l’avanzamento tecnologico riprendendo un discorso interrotto una ventina di anni fa.

COM’È FATTA LA FIBRA OTTICA

La fibra ottica è un cavo formato da sottilissimi filamenti trasparenti in fibra di vetro, per la precisione in silicio, o in polimeri plastici, tenuti insieme in una piccola guaina di materiale isolante. L’ADSL, invece, utilizza un cavo in rame, chiamato “doppino”.
Il cavo in fibra ottica si presenta come un fascio di filamenti divisi in una sezione interna trasparente e una esterna più opaca capace di riflettere la luce. Ogni singolo filamento è composto da due strati concentrici di materiale trasparente ed estremamente puro: un cilindro centrale, chiamato anche core, ed un mantello, o cladding, che lo abbraccia. Il nucleo ha un diametro che varia da circa 10 µm a 50 µm, mentre il mantello ha un diametro di circa 125 µm. Per capire di quali dimensioni stiamo parlando basti sapere che un capello ha una dimensione di circa 10 µm. La fibra ottica è inguainata in una sorta di calza protettiva chiamata jacket che serve da un lato a proteggere la fibra dal contatto con l’esterno e, dall’altro, a resistere agli stress fisici e alla corrosione. 

fibra-ottica-come-e-fatta.png

Ogni cavo è formato da un numero variabile di fibre ottiche, fino a un massimo di 7. Spesso insieme a questi filamenti vengono intrecciati dei fili più resistenti che non hanno la funzione di tramettere dati ma di irrobustire il cavo. La fibra ottica, infatti, è tanto tecnologicamente raffinata quanto delicata: un movimento brusco, un urto ma anche un’oscillazione potrebbero determinarne la rottura e, di conseguenza, la perdita di informazioni. Una guaina esterna avvolge a sua volta il cavo per proteggere le fibre dalle fonti di calore e dall’umidità.

FIBRA OTTICA: COME FUNZIONA

I cavi in fibra ottica permettono di trasmettere dati molto più velocemente rispetto alle performance dell’ADSL. I materiali utilizzati sono leggeri e flessibili e più capaci, rispetto ai cavi in rame, di respingere eventuali disturbi elettrici o dovuti a perturbazioni atmosferiche.
Il meccanismo con cui viaggiano i dati è quello dello specchio tubolare. La luce che entra nel nucleo, viaggia grazie a una serie di riflessioni tra i due materiali del nucleo e del mantello. In questo modo i dati vengono trasportati tra i diversi dispositivi che devono ricevere e trasmettere i dati: i modem, i router, i server e le infrastrutture degli operatori telefonici.

I cavi in fibra di vetro o in polimeri della fibra ottica sono capaci di sfruttare una banda di frequenze molto elevata. Questo consente di trasferire dati, sotto forma di segnali di luce, con una enorme velocità di trasmissione. Tutti i più importanti operatori telefonici offrono pacchetti che includono la fibra ottica e consentono di navigare fino a 1 Giga in download.

La fibra veloce, però, è soggetta alla copertura di rete. L’infrastruttura non ha, infatti, ancora raggiunto tutte le zone d’Italia: prima di richiedere l’installazione della fibra internet è necessario verificare se la propria zona di residenza sia coperta, contattando uno tra gli operatori di telefonia che offrono questo servizio, oppure effettuando una verifica direttamente online.