Anche se può sembrare magia o fantascienza, la tecnologia della fibra ottica è molto scientifica ed esiste da oltre mezzo secolo. Ma come funziona? Come fa il vetro a diventare fibra ottica? Come può la luce trasmettersi attraverso un cavo e raggiungere la sua destinazione? (Suggerimento: non è polvere di fata ed elfi.)
Nel 1970, gli ingegneri del laboratorio di ricerca della Corning Incorporation a Corning, New York, si imbatterono in una formula per realizzare fili di vetro in grado di trasmettere impulsi di luce contenenti dati che potevano poi essere letti dai computer. Fino ad allora i dati potevano viaggiare solo su cavi di rame. Basandosi su questa scoperta, hanno testato la trasmissione dati in fibra su distanze più lunghe, il tutto con una perdita di segnale minima. Questa nuova fibra "a bassa perdita", come venne chiamata, diede inizio alla rivoluzione tecnologica dei dati e delle telecomunicazioni che continua oltre mezzo secolo dopo. Ma come è fatta questa fibra di vetro?
Le 3 C della fibra
Per capire perché la fibra è fatta nel modo in cui è fatta, è importante prima capire come viaggia la luce. Le onde luminose viaggiano in linea retta finché non colpiscono un oggetto che le riflette, le rifrange o le assorbe. Le fibre ottiche sono progettate per ridurre al minimoriflessionemassimizzandorifrazioneed eliminandoassorbimento. La sfida con la fibra ottica era mantenere il segnale luminoso all'interno della fibra dall'inizio alla fine. Questa necessità di mantenere il segnale all'interno della fibra ha dettato i materiali e il processo mediante il quale il vetro liquido diventa un cavo in fibra ottica utilizzabile.
Ci sono tre componenti principali in ogni filo di fibra ottica:nucleo, rivestimento,Erivestimento.
I fili della fibra ottica sono costituiti da questi strati, ciascuno dei quali svolge una funzione diversa nella trasmissione dei dati tramite la luce.
Contrariamente alla credenza popolare, ilnucleo, dove viaggia la luce, non è vuoto. Si tratta invece di vetro di silice solido e ultrapuro, così puro che i suoi livelli di contaminanti sono misurati in parti per miliardo. Questo livello di purezza è essenziale affinché il segnale luminoso possa viaggiare lungo il filo della fibra senza degradare la qualità della luce, che degraderebbe i dati. Ogni volta che la luce colpisce un oggetto, perde un po’ di forza. La chiave del successo nella trasmissione del segnale in fibra ottica è ridurre al minimo tale perdita utilizzando vetro ultra trasparente. Più il vetro è trasparente, migliore è il segnale luminoso da un'estremità all'altra.
Un secondo strato di vetro meno puro chiamatorivestimentocirconda l'intera lunghezza del nucleo della fibra. Questo strato funge da riflettore per mantenere la luce all'interno del nucleo mentre viaggia verso la sua destinazione. Senza il rivestimento, la luce sfuggirebbe dal nucleo e andrebbe persa. Con il rivestimento, invece, la luce viaggia verso la sua destinazione con una perdita di segnale minima, preservando l'integrità dei dati dall'inizio alla fine.
Il rivestimento impedisce alla luce di fuoriuscire dal nucleo.
Il terzo e ultimo componente è la gomma sottilerivestimentoche protegge la fibra dai graffi e facilita l'organizzazione delle fibre da parte di installatori e tecnici. Di solito, il rivestimento è codificato a colori per facilitare la connessione e l'installazione.
Diamo un'occhiata al processo passo dopo passo che inizia con le sostanze chimiche grezze e le trasforma nella fibra finita.
Deposizione e consolidamento
La produzione della fibra inizia appendendo un'esca in ceramica progettata per attirare il biossido di silicio, una forma altamente pura di silice, all'interno di un contenitore ultra pulito e climatizzato. Il biossido di silicio aderisce all'asta ceramica e forma uno spesso cilindro di vetro chiamato preforma. Il processo di consolidamento rimuove quindi l'eventuale umidità dalla preforma appena creata in un forno ad alta temperatura e trasforma il biossido di silicio sgrossato in un vetro liscio e non poroso prima di sinterizzare/fondere le estremità per modellarlo e prepararlo per il prossimo passo. Questo processo dà come risultato il grezzo di fibra ottica che diventerà il filo nella terza fase.
Il Draw è il luogo in cui il vetro caldo diventa abbastanza sottile da trasformarlo in un nucleo e un rivestimento in fibra ottica.
Disegno
La fase finale nella creazione della parte in vetro del cavo in fibra ottica è l'estrazione, che inizia con il pezzo grezzo appena formato appeso verticalmente all'interno di un forno ultra caldo, che riscalda il vetro fino al punto di fusione. La punta del pezzo grezzo si riscalda, si ammorbidisce e inizia a cadere lentamente, formando un filo di vetro molto sottile durante la sua discesa, così sottile da essere misurato in micron. Questo filo diventa il nucleo e il rivestimento. A seconda delle dimensioni, ogni grezzo può produrre fino a 5 chilometri di fibra.
Rivestimento
Dopo che la fibra di vetro si è raffreddata, viene avvolta su grandi bobine e spedita a uno stabilimento di finitura dove viene sbobinata e inviata attraverso una macchina che applica un sottile strato di gomma all'esterno del filo. Il rivestimento del filo non aumenta in modo significativo la resistenza complessiva. Il vetro è abbastanza resistente da solo. Invece, il rivestimento impedisce che la fibra si graffi e rende più facile per gli installatori maneggiare e trovare dove si collegano le fibre, in modo simile al modo in cui i fili di rame sono codificati a colori per una facile organizzazione.
Cablaggio
Per quanto resistenti siano i fili di fibra ottica, li proteggiamo comunque con un'armatura come ulteriore livello di protezione dalle intemperie e da altre condizioni.
Anche se i singoli fili di fibra ottica possono trasportare da soli una grande quantità di dati, in genere le fibre ottiche vengono raggruppate in cavi per facilitare l'installazione e proteggerli dagli elementi. Spesso le singole fibre sono legate in nastri colorati 12-, 24-, 48-, 72- e 96- che vengono poi alloggiati all'interno di una protezione protettiva in gomma o metallo condotto per lo spiegamento in un quartiere.
Una volta raggiunte a casa o in ufficio, le fibre vengono nuovamente separate in singoli filamenti per servire i clienti. Ciò consente a molti clienti di ottenere il servizio da un unico fascio di cavi a terra senza che nessuno di loro condivida la larghezza di banda con i vicini perché ogni famiglia riceve la propria fibra dedicata.
Salvo danni provenienti da una fonte esterna, il cavo in fibra ottica dovrebbe durare per generazioni di utenti Internet, con larghezza di banda e velocità praticamente illimitate.