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La fibra ottica riveste un ruolo più importante nella nostra società come ad esempio nel settore delle telecomunicazioni, della connettività internet, delle sonde per diagnostica medica. Per fibra ottica si intende un cavo realizzato in fibra di vetro o più raramente in materiale polimerico capace di condurre la luce al suo interno.

Infatti, a differenza dei comuni cavi elettrici di qualsiasi tipo e per qualsiasi applicazione, all'interno della fibra ottica si propagano segnali di tipo ottico e non elettrico. Un segnale ottico è composto da onde elettromagnetiche, quindi la fibra ottica funziona a tutti gli effetti come una guida d'onda che veicola il segnale in una certa direzione.
Nel settore delle telecomunicazioni si lavora utilizzando frequenze che cadono nell'infrarosso. Per altre applicazioni si utilizzano anche le frequenze della luce visibile. Ciascuna fibra è formata da due tubicini di vetro concentrici, sottilissimi e a elevato grado di purezza e trasparenza. Vedendolo in sezione, vedremmo tre cerchi concentrici. Il tubicino interno è detto nucleo o core e ha un diametro di appena 9 micron nel caso delle fibre monomodali. Il nucleo è cavo ed è il luogo fisico in cui si trasmettono i segnali ottici. Il tubicino esterno è detto mantello o cladding e ha uno spessore di 125 micron nel caso delle fibre multimodali. Il mantello, a differenza del nucleo, è pieno. Infine, c'è uno strato esterno di materiale polimerico (solitamente acrilato) che ha un diametro di 250 micron. Questo strato è detto rivestimento esterno o buffer e serve sia a isolare la fibra, proteggendola da danni fisici e meccanici, sia a permetterne il riconoscimento, perché solitamente ogni fibra ha un rivestimento di colore differente. A loro volta, le fibre come finora descritte sono contenute in cavi molto particolari, ma ciò esula dagli scopi della nostra trattazione.

Cerchiamo ora di capire come funziona una fibra.
Innanzitutto, nucleo e mantello sono realizzati con materiali che hanno indici di rifrazione diversi: quello del nucleo deve essere leggermente più alto lungo tutta la lunghezza della fibra. In questo modo, la fibra funzionerà come una sorta di specchio tubolare. Il segnale ottico entra nella fibra, e più precisamente nel nucleo, e si propaga verso il capo opposto venendo riflesso continuamente lungo la superficie di separazione nucleo/mantello. Dunque il segnale non attraversa la fibra in linea retta ma avanza di riflessione in riflessione. Affinché questo metodo funzioni è necessario far entrare la luce con un certo angolo limite. Ciò permette al segnale di propagarsi, di minimizzare l'attenuazione lungo le pareti del nucleo e di evitare che la luce possa essere riflessa all'esterno della fibra o all'interno del materiale. Il settore in cui le fibre ottiche trovano maggior applicazione è quello delle telecomunicazioni.

Il loro successo è dovuto al fatto che

•  rispetto ai tradizionali cavi in rame presentano livelli di attenuazione molto più bassi, il che permette di trasportare segnali su distanze molto più lunghe riducendo il numero di amplificatori;
•  sono immuni alle interferenze elettromagnetiche e alla diafonia, due problemi che invece affliggono i comuni cavi;
•  garantiscono una banda molto ampia e quindi velocità di trasmissioni inimmaginabili con i cavi tradizionali;
•  sono molto resistenti alla trazione, hanno un peso e un ingombro relativamente modesti e sono sufficientemente flessibili per le lavorazioni e le applicazioni richieste;
•  non si ossidano e sono relativamente refrattarie a molti agenti chimici;
•  hanno una vita utile molto lunga: in teoria basta sostituire gli apparati trasmissivi di centrale per abilitare nuove capacità e tecnologie.

Ti lascio con una frase di John Cioffi: "La fibra ottica è un filo di luce che lega il mondo e accelera la condivisione del sapere umano".

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.