Rivoluzione della Fibra Ottica: Tecnologia, Produzione e Principi Fisici

Il Futuro delle Telecomunicazioni in Fibra Ottica

Questa tecnologia ha un nome: la fibra ottica. Essa permette di trasmettere informazioni in un fascio di luce che passa attraverso un filamento ovunque tu vada.

Il Segnale Digitale e la Velocità

Se la luce viene inviata e riflessa, si trasforma in un segnale digitale. Questo segnale viene convogliato verso i centralini telefonici e, in futuro, i nostri circuiti in fibra ottica saranno nelle nostre case. Lo spessore del filamento di vetro è simile a quello di un capello, ma può raggiungere un centesimo di millimetro. Il vetro così preparato viene rivestito, garantendo un futuro di Internet protetto.

Il futuro di Internet è qui, superando la lentezza esasperante dei cavi in rame tradizionali. Mentre il DSL tradizionale fatica a raggiungere i 20 Mb/s, una singola fibra ottica può supportare da 20 a 40.000 Mb/s.

Processo di Produzione della Fibra di Vetro

La produzione della fibra ottica inizia con tubi lunghi di vetro immersi in acido fluoridrico (HF) per pulirli. Il processo prosegue come segue:

1. Successivamente, i tubi vengono riscaldati a gas con Silicio (Si) e Germanio (Ge) che costituiscono il nucleo della fibra.
2. Il passo successivo è assottigliare il blocco in verticale. Per ottenere la dimensione (diametro) finale, il blocco viene riscaldato a 2000 °C; il vetro si ammorbidisce e cade come il miele da un cucchiaio. In questo modo si ottiene il diametro corretto della fibra.
3. La fibra passa attraverso lampade a raggi ultravioletti che formano uno strato acrilico per proteggerla.
4. Infine, viene avvolta su una bobina o inserita in un cavo.

Come Funziona la Fibra Ottica?

La luce e le onde radio sono, per citarne alcune, onde elettromagnetiche. I fisici affermano che la luce è generata dai salti degli elettroni negli atomi che formano la materia, mentre le onde radio sono generate dal movimento degli elettroni nelle antenne.

La diffusione della luce nelle fibre si basa sulla riflessione totale delle onde luminose che incidono sul confine tra due mezzi con diversi indici di rifrazione (o diverse "densità", come dicono i fisici).

Riflessione e Legge di Snell

Secondo la Legge di Snell, quando un raggio passa attraverso due mezzi a densità differente, si verifica un cambiamento nella direzione del fascio. L'indice di rifrazione ($n$) di un mezzo è il quoziente tra la velocità della luce nel vuoto ($3 \times 10^{8}$ km/sec) e la velocità della luce in quel mezzo. La legge afferma:

$$n_1 \sin i = n_2 \sin r$$

Dove $n_1$ e $n_2$ sono gli indici di rifrazione dei due mezzi, e $i$ e $r$ sono gli angoli di incidenza e di rifrazione. A seconda dell'inclinazione del raggio di luce, esso può essere riflesso o rifratto nell'altro mezzo. Se il raggio attraversa un mezzo a maggiore densità con un angolo sufficientemente ampio, può essere riflesso completamente. Questo principio fisico della riflessione totale è utilizzato nell'ottica.

Struttura e Tipi di Fibra

La fibra ottica è un filamento che funge da guida d'onda, capace di convogliare un segnale luminoso al suo interno. Come accennato, è composta da due strati con densità e indici di rifrazione diversi. La luce viene trasmessa continuamente attraverso di essa, riflettendosi senza poter fuoriuscire. Esistono due tipi principali di fibre ottiche:

• Fibre Multimodali (Multi-mode): Permettono la rifrazione della luce attraverso molti percorsi possibili (o "modi" di luce). Supportano distanze brevi.
• Fibre Monomodali (Single-mode): Permettono la rifrazione della luce attraverso un unico percorso. A differenza delle multimodali, supportano distanze maggiori.