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fibra ottica

Com’è fatta la fibra ottica, i cavi in fibra ottica e la velocità massima raggiungibile

I cavi in fibra ottica permettono di raggiungere velocità sorprendenti se paragonate a quelle che dell’ormai antiquata ADSL. Tale velocità è sempre più utile, visto il crescente uso di internet, che caratterizza la vita di tutti noi per le più disparate esigenze: lavorative, di studio o di intrattenimento.

Ma come riesce la fibra ottica a raggiungere velocità così elevate? Tutto è dovuto al processo di realizzazione dei cavi e al naturale progresso tecnologico che ha portato al perfezionamento delle tecniche di utilizzo e fabbricazione dei materiali necessari per i cavi. Prima di passare alle caratteristiche e potenzialità dei cavi in fibra ottica è però necessario capire come quest’ultima funziona.

Come funziona la fibra ottica, come viene prodotta

La fibra ottica funziona esattamente come i laser. Queste due tecnologie, infatti, si basano entrambe su fenomeni fisici, che permettono il passaggio di informazioni e quindi di dati, attraverso la luce. Affinché questo passaggio di informazioni si verifichi in maniera corretta, è necessario però che la luce transiti attraverso un materiale che ne permetta la trasmissione. Il materiale individuato per assolvere a tale compito è il vetro. Già in passato, infatti, il vetro fu adoperato per scopi poco convenzionali. Per esempio, nel corso del XIX secolo si utilizzò il vetro, tra le altre cose, per illuminare i tavoli operatori durante gli interventi chirurgici.

Per permettere un passaggio di luce, e quindi di informazioni, attraverso il vetro è però necessario un tipo di vetro purissimo e di alta qualità. Tale tipologia di vetro è realizzata, per esempio, da aziende come la Corning: un’impresa statunitense fondata in Massachusetts addirittura nel 1851, che produce anche display per smartphone.

Come viene prodotta la fibra ottica

Come già accennato, la fibra ottica è composta da vetro. Non un blocco unico di vetro, ma di tante sottilissime fibre, avvolte da una guaina protettiva, sempre dello stesso materiale. Il principale compito della guaina è quello di riflettere la luce del cavo verso il centro dello stesso.

La prima fibra ottica fu realizzata dalla Corning, nel 1970, dopo un lungo processo di perfezionamento dei cavi. Solo molti anni dopo, però, l’azienda statunitense trovò dei clienti interessati a quella che sarebbe diventata una tecnologia capace di avere un impatto a livello globale in moltissimi settori. Il successo di questi primi cavi in fibra ottica fu principalmente dovuto al metodo di produzione della fibra stessa. Il vetro “comune”, quello delle bottiglie e dei bicchieri che abbiamo a casa, è prodotto a partire dal silicio che viene portato a elevate temperature per dargli forma attraverso tecniche di soffiatura. Questo vetro, però, non è adatto al compito assolti dalla fibra, poiché non è abbastanza puro. Al contrario una fibra di vetro consente il passaggio del segnale ottico perché è prodotta tramite delle fiammate di gas, che deposita fuliggine di vetro drogato (cioè con impurità coloranti, come metalli) con altri elementi chimici su di un’asta di ceramica, seguendo un ordine ben preciso, cioè depositando diversi strati uno sull’altro. Dunque, non tutti i cavi in fibra ottica sono uguali, la purezza e la qualità della fibra di vetro dipendono dalla composizione chimica della fuliggine.

Tutte queste operazioni rappresentano, comunque, solo la prima fase della realizzazione dei moderni cavi in fibra ottica. La seconda fase è detta “consolidamento”. Questa operazione comporta che le aste di ceramica rivestite da vari elementi chimici vengano inserite in una fornace per estrarne l’eventuale acqua rimanente. A causa dell’elevato calore avvengono poi anche diverse modifiche chimico-fisiche. Il risultato di tutto ciò è il “cuore” del cavo in fibra ottica, l’effettivo mezzo di trasporto della luce e dei dati. Il passo seguente ha luogo all’interno di un macchinario a forma di torre che riscalda e rende malleabile la fibra, al fine di ottenere il giusto spessore per il cavo.

Tutto il processo è realizzato rispettando regole e tempi ben precisi, per non compromettere la qualità del prodotto finale che risulterebbe altrimenti inutilizzabile. Ogni filo di vetro, infatti, deve avere uno spessore di 125 micron. Se il diametro delle fibre di vetro differisce anche solo di pochissimo, il passaggio di luce si interrompe. Per questo motivo vengono effettuati test molto precisi sulla qualità e sul diametro dei vari fili di vetro ottenuti. Tutto ciò fa ben comprendere quanto l’intera procedura di realizzazione dei cavi in fibra ottica sia complessa. Solo i fili che passano i test vengono avvolti in una bobina e successivamente sono inviati alle aziende che fabbricano i cavi per le telecomunicazioni.

Ogni cavo usato nelle telecomunicazioni è di solito formato da ben 576 fili di vetro sottilissimi, raccolti in 24 tubi che a loro volta contengono 24 filamenti di fibra ottica purissima.

Qual è la velocità che raggiunge un cavo di fibra ottica

Normalmente con la fibra ottica, la velocità di navigazione raggiungibile a livello commerciale per gli utenti finali è nell’ordine di 1 Gbps. Non si tratta però della velocità massima ottenibile attraverso i cavi in fibra ottica. Infatti, grosse strutture e aziende private nel campo della tecnologia e dell’informatica, dovendo gestire grandi moli di dati, possono contare su velocità ben superiori. Per esempio, i data center che si occupano della gestione dei nostri dati in cloud arrivano attualmente a una velocità massima di 35 Tbps, ovvero 35 milioni di Megabit al secondo. Recentemente però Lídia Galdino, una scienziata dell’UCL (University College London), è riuscita a stabilire un nuovo record di velocità di trasmissione dati attraverso i cavi in fibra ottica raggiungendo un picco di trasmissione pari a 178 Tbps. Per comprendere quanto la velocità raggiunta dall’esperimento di Lídia Galdino sia elevata, basti pensare che con una velocità tale sarebbe teoricamente possibile scaricare l’intero catalogo di Netflix in solo un secondo.

Il record di velocità raggiunto dalla fibra ottica

La ricercatrice di origini portoghesi in realtà non ha utilizzato tecnologie in fibra ottica diverse da quelle attualmente disponibili. L’innovazione, in questo caso, risiede nel modo in cui tali tecnologie sono state utilizzate. Lídia Galdino è infatti riuscita a stabilire il nuovo record semplicemente adoperando uno spettro di frequenze più ampio.

Le reti in fibra commerciali usano uno spettro di frequenze limitato a 4,5 THz (il Tera-Hertz, è un multiplo dell’Hertz, l’unità di misura del Sistema Internazionale della frequenza). La Galdino e il suo team hanno invece utilizzato uno spettro molto più ampio, grazie a diverse tecniche di amplificazione del segnale ottico, che attraversa la fibra è stato possibile raggiungere la frequenza di 16,8 THz. Detto semplicemente, grazie a questo metodo è possibile far transitare più luce attraverso i cavi in fibra ottica, quindi trasmettere più dati più velocemente.

L’esperimento condotto da Lídia Galdino presso l’UCL ha dunque restituito i risultati attesi, i dati relativi al progetto sono stati pubblicati sull’IEEE Photonics Technology Letters, una rivista scientifica. Ciò che rende questa scoperta davvero rivoluzionaria, è il fatto che tale processo sia applicabile anche alle attuali tecnologie in fibra ottica senza eccessivi esborsi economici e senza dover stravolgere le infrastrutture di telecomunicazione attualmente in uso.