Come funziona la fibra ottica?

Com'è fatta una fibra ottica?

Se tagli un cavo in fibra trovi tanta plastica di protezione e, al centro, il vero protagonista: un filo di vetro di silice, quasi puro, con un diametro di 125 micrometri, cioè poco più di un decimo di millimetro.

Quel filo ha due parti. Al centro c'è il nucleo, dove viaggia la luce. Intorno c'è il mantello, un vetro leggermente diverso. Nelle fibre usate per le lunghe distanze, quelle dette monomodali, il nucleo misura appena una decina di micrometri: un centesimo di millimetro.

La differenza tra nucleo e mantello è minima: il vetro del nucleo rallenta la luce un pochino di più. Sembra un dettaglio, invece è il trucco che fa funzionare tutto.

Come fa la luce a seguire il filo, anche nelle curve?

Hai mai guardato in su stando sott'acqua in piscina? Da certe angolazioni la superficie dell'acqua sembra uno specchio d'argento: la luce non riesce a uscire e torna indietro. È la riflessione totale, e succede quando la luce passa da un materiale in cui va più piano a uno in cui va più veloce, arrivando molto di sbieco.

Nella fibra accade la stessa cosa. La luce entra nel nucleo quasi parallela al filo e, ogni volta che sfiora il mantello, viene respinta all'interno. Avanza così, rimbalzo dopo rimbalzo, anche se il cavo fa una curva dolce.

Il principio è vecchio. Nel 1842 il fisico svizzero Jean-Daniel Colladon mostrò che un getto d'acqua che cade da un serbatoio può "trasportare" un raggio di luce: il getto si illuminava lungo tutta la sua curva, perché la luce restava intrappolata dentro.

Come diventa luce un messaggio?

Tutto quello che passa su internet, una foto, un messaggio, un film, è fatto di bit, cioè di zero e uno. Nella fibra un laser li traduce in luce: in modo molto semplificato, un lampo vale uno, il buio vale zero. Dall'altra parte un fotorivelatore, un piccolo occhio elettronico, rifà la traduzione al contrario.

La luce usata è infrarossa, invisibile ai nostri occhi. Per questo non bisogna mai guardare dentro l'estremità di una fibra accesa: il laser c'è anche se non lo vedi.

E la velocità? Nel vetro la luce va più piano che nel vuoto, ma resta velocissima: circa 200.000 chilometri al secondo, due terzi della sua velocità massima. Da Milano a Palermo ci mette pochi millesimi di secondo. Su una sola fibra, poi, possono viaggiare insieme molti "colori" di luce infrarossa, ognuno con il suo flusso di dati, come più corsie sulla stessa strada.

Il viaggio completo di un dato, dalla tua stanza al resto del mondo, lo racconta come funziona internet.

Perché il segnale arriva così lontano?

Qui c'è il vero miracolo dell'ingegneria. Il vetro comune contiene impurità, come ferro e altri metalli, che assorbono un po' di luce. Per i pochi millimetri di una finestra non importa; per chilometri di cavo sarebbe un disastro, perché la luce si spegnerebbe molto prima di arrivare. Nel 1966 il fisico Charles Kao calcolò che, togliendo le impurità, il vetro poteva diventare tanto trasparente da perdere al massimo 20 decibel per chilometro, la soglia per usarlo nelle telecomunicazioni.

Nel 1970 i ricercatori della Corning scesero a 17 decibel per chilometro, e nel 1979 si arrivò a 0,2 decibel per chilometro. Per Kao arrivò il Nobel per la fisica nel 2009.

Che cosa vuol dire 0,2 decibel? Facciamo i conti da ingegneri: ogni 3 decibel la potenza si dimezza. Quindi la luce perde metà della sua forza ogni 15 chilometri circa. Dopo 100 chilometri ne resta ancora l'1 per cento, abbastanza per essere letta. Con il rame del vecchio doppino telefonico, invece, le velocità più alte calano man mano che ci si allontana dall'armadio stradale.

Che differenza c'è tra FTTH e FTTC?

Quando cerchi un'offerta internet trovi queste due sigle. FTTC vuol dire fibra fino all'armadio, quello grigio sul marciapiede: da lì all'appartamento il segnale fa l'ultimo tratto sul vecchio filo di rame. È la soluzione chiamata spesso misto rame, e la velocità dipende da quanto sei lontano dall'armadio.

FTTH vuol dire fibra fino a casa: il filo di vetro entra nell'appartamento e arriva a una presa ottica a cui si collega il modem. Niente rame in mezzo, quindi velocità più alte e più stabili.

Dalla presa ottica in poi, però, comanda il modem router: se è vecchio o lento, una parte della velocità si perde. E dentro casa i dati di solito viaggiano senza fili, come spiega come funziona il Wi-Fi.