LA FIBRA OTTICA

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La storia dell'ottica risale ai tempi di Archimede e del trattato Catottrica, ripreso in seguito da Apuleio.

In epoca vittoriana il principio della riflessione totale interna venne utilizzato per illuminare le fonti delle fontane pubbliche. Il successivo sviluppo, nella metà del XX secolo, si concentrò sullo sviluppo di un fascio di fibre volto alla trasmissione di immagini, il cui primo impiego fu il gastroscopio medico. Il primo gastroscopio a fibra ottica semi-flessibile fu brevettato da Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters e Lawrence E. Curtiss nel 1956. Nel processo di sviluppo del gastroscopio, Curtiss produsse fisicamente la prima fibra ottica. Presto si susseguirono una varietà di altre applicazioni per la trasmissione di immagini.

Nel 1965 Charles K. Kao della STC, e George A. Hockham del British Post Office, furono i primi a riconoscere che l'attenuazione delle fibre contemporanee era causata dalle impurità, che potevano essere rimosse, piuttosto che dallo scattering. Dimostrarono che le fibre ottiche possono essere un mezzo pratico per la comunicazione, nel caso l'attenuazione sia ridotta al di sotto dei 20 dB per chilometro. In questa misura, la prima fibra ottica per le comunicazioni fu inventata nel 1970 dai ricercatori Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter Schultz e Frank Zimar, impiegati presso la Corning, azienda statunitense produttrice di vetro situata a Corning (New York). Costruirono una fibra con 17 dB di attenuazione ottica per chilometro, drogando il silicio del vetro con il titanio.

Negli anni successivi a partire dal 1970, un grande impulso alla ricerca nel campo delle fibre ottiche nelle Telecomunicazioni è stato dato dal centro torinese CSELT (Gruppo STET) in particolare dopo che il prof. Basilio Catania ne divenne direttore: in questi anni la ricerca italiana nel campo era all'avanguardia a livello mondiale. Nel 1977 Torino divenne la prima città cablata con una rete ottica sperimentale, su progettazione CSELT e con la collaborazione di Sirti e Pirelli.

L'amplificatore ottico drogato con erbio, che ridusse il costo per i sistemi a fibra ottica per le lunghe distanze eliminando il bisogno dei ripetitori ottico-elettronico-ottico, fu inventato da David Payne dell'Università di Southampton, nel 1987.
Il primo cavo telefonico transatlantico ad usare la fibra ottica fu il TAT-8, che iniziò ad operare nel 1988.

Nel 1991 il campo emergente dei led a cristalli fotonici condusse allo sviluppo delle fibre a cristalli fotonici.

La prima fibra a cristalli fotonici venne venduta a partire dal 1996. Esse possono essere progettate per trasportare un maggiore quantitativo di energia rispetto alle fibre convenzionali, e le loro proprietà, variabili a seconda della lunghezza d'onda, possono essere manipolate per migliorare le loro prestazioni in certe applicazioni.

Negli ultimi vent'anni i progressi relativi allo sviluppo della fibra ottica sono stati enormi. Al momento il collo di bottiglia che non sfrutta appieno la larghezza di banda che permette la fibra ottica rimane la traduzione dal segnale elettrico al segnale luminoso, ed è proprio questo il punto chiave sul quale si sta cercando di lavorare nell'industria della fibra ottica.

Se negli anni settanta le fibre ottiche erano usate come oggetto decorativo per la produzione di lampade, da qualche decennio ad oggi esse sono già una realtà affermata ed un componente essenziale nell'industria delle telecomunicazioni e delle relative comunicazioni ottiche, ancora in corso di ulteriore evoluzione tecnologica. Basta pensare che tutte le dorsali principali della rete telefonica e di Internet, compresi i collegamenti intercontinentali sottomarini, sono già in fibra ottica avendo sostituito da tempo il classico cavo coassiale.

I principali vantaggi delle fibre rispetto ai cavi in rame nelle telecomunicazioni sono:

bassa attenuazione, che rende possibile la trasmissione su lunga distanza senza ripetitori;
grande capacità di trasporto di informazione o velocità di trasmissione (dell'ordine dei terabit/s) grazie all'ampissima capacità di banda e alla bassa attenuazione del segnale utile (Teorema di Shannon-Hartley);
immunità da interferenze elettromagnetiche, inclusi gli impulsi elettromagnetici nucleari (ma possono essere danneggiate da radiazioni alfa e beta);
assenza di diafonia che nei collegamenti in rame (comunicazioni elettriche) è una causa ulteriore di decadimento della qualità del segnale in termini di rapporto segnale/rumore nell'ultimo miglio (problema dell'ultimo miglio) ovvero quindi della velocità di trasmissione: la luce infatti rimane confinata in fibra ovvero non si disperde all'esterno creando interferenza;
bassi valori di BER;
bassa potenza contenuta nei segnali;
alta resistenza elettrica, quindi è possibile usare fibre vicino ad equipaggiamenti ad alto potenziale, o tra siti a potenziale diverso;
peso e ingombro modesto;
buona flessibilità al bisogno;
ottima resistenza a condizioni climatiche avverse;
In tale ambito la fibra ottica necessita anche di apparati optoelettronici di ricetrasmissione e amplificazione dei segnali ottici quali laser, fotorivelatori, amplificatori ottici e modulatori.

Un cavo di fibra ottica, in quanto contiene più fibre ottiche, è solitamente molto più piccolo e leggero di un filo o cavo coassiale con simili capacità di canale. È più facile da maneggiare e da installare. Il cavo in fibra ottica è ideale per le comunicazioni sicure in quanto è molto difficile da intercettare e altrettanto facile da monitorare.

Un campo promettente di applicazione è quello della televisione. Quando una città come Milano è sostanzialmente cablata (TV via cavo), si può aprire una interessante alternativa al digitale terrestre e al satellitare, i quali consentono di ammortizzare l'alto costo della posa dei cavi a fibra ottica.

La fibra ottica è un sottilissimo filo di vetro, della dimensione di un capello, nel quale viaggia la luce. Con l’invenzione della fibra ottica si è riusciti per la prima volta nella storia dell’uomo a veicolare e guidare la luce, permettendo a quest’ultima di viaggiare seguendo linee curve.

Le fibre ottiche stanno sostituendo i tradizionali cavi telefonici in rame e costituiscono oggi l’infrastruttura attraverso la quale viaggiano più dell’80% delle informazioni Internet, immagini televisive e conversazioni telefoniche di tutto il mondo.

Il tutto ad una velocità di poco inferiore a quella della luce (200.000 km/s).

Da tempo oramai la fibra ottica è diventata una realtà in gran parte del mondo, consentendo a molti internauti di poter navigare a velocità impensabili fino a pochi anni fa; nonostante la diffusione crescente di questa tecnologia sono ancora molte le persone che hanno dubbi e domande sul suo funzionamento e sui vantaggi che dovrebbe portare.

Un cavo di fibra ottica è costituito da un insieme di filamenti di vetro che possono condurre la luce e garantiscono la possibilità di trasmettere un maggior numero di informazioni a velocità elevate, risultando al tempo stesso più resistenti ai disturbi elettrici e alle variazioni delle condizioni atmosferiche, caratteristica che riduce al minimo la perdita di dati e rende i cavi più performanti e meno danneggiabili rispetto ai “doppini” di rame utilizzati per la trasmissione della tradizionale linea adsl.

Esistono due tipi di collegamento in grado di portare la fibra ottica nelle case degli utenti ed entrambi sono indicati con sigle differenti: FTTS (fiber to the street) e FTTH (fiber to the home).

Nel caso di un collegamento FTTS il cavo in fibra ottica parte dalla centrale e arriva fino al cosiddetto cabinet, cioè la centralina di prossimità, mentre l’ultimo tratto che va dalla centralina all’abitazione dell’utente è collegato con il classico “doppino” di rame della linea telefonica tradizionale; nel caso di un collegamento FTTH invece l’intera tratta dalla centrale all’abitazione dell’utente è totalmente coperta da cavo in fibra ottica, risultando in questo modo ben più performante ed in grado di garantire una connessione più stabile e veloce.

Purtroppo esistono dei casi in cui anche con la fibra ottica non è possibile sfruttare pienamente una linea internet superveloce a causa della dispersione del segnale durante l’ultimo tratto in rame di un collegamento FTTS, un tratto che dovrebbe essere di norma non superiore ai 250 metri di lunghezza ma che risulta essere ben maggiore soprattutto nei piccoli centri e in alcune zone lontane dalle grandi città.

Sfortunatamente in Italia l’arretratezza delle infrastrutture rende ancora poco diffusa questa tecnologia che sarebbe invece molto utile per poter usufruire di connessioni ad internet stabili e veloci; a causa della leggi che tardano ad adeguarsi alla velocità con cui la tecnologia si sviluppa e a causa delle burocrazia farraginosa che rallenta gli investimenti delle grandi aziende del settore, il cablaggio in fibra ottica è garantito solo parzialmente sul territorio nazionale limitandosi ad una copertura circoscritta principalmente alle grandi città.

I cavi in fibra vengono normalmente installati all'interno di impianti di cablaggio strutturato, attestandoli su pannelli di permutazione. Un collegamento comporta quindi l'uso di almeno due cavi di permuta (da ciascun apparato connesso al pannello di permutazione), e quindi di 4 connettori.

Per i collegamenti di lunga distanza, i trasduttori sono specificati in termini di potenza del trasmettitore e sensibilità del ricevitore. La differenza tra le due costituisce il power budget, ovvero la massima potenza che può essere dissipata dal collegamento.

Per valutare se una certa tecnologia trasmissiva funzionerà su un certo collegamento, è necessario misurare o stimare la perdita complessiva del collegamento, o link loss. Questo deve essere inferiore al power budget. Normalmente si lascia un margine di 3-6 dB, per garantirsi contro peggioramenti del collegamento (dovuti a invecchiamento o a interventi di manutenzione) o degli apparati trasmissivi (dovuti tra l'altro a sporcizia). Questa valutazione deve essere effettuata alla lunghezza d'onda utilizzata dagli apparati prescelti.

Su collegamenti già realizzati è possibile misurare l'attenuazione del segnale tramite strumenti denominati "power meter". L'esame analitico degli eventi intercorrenti su un determinato tratto di fibra richiede invece uno strumento denominato OTDR, (Optical Time Domain Reflectometry, in italiano "riflettometria ottica nel dominio del tempo"), che consente di visualizzare su un grafico cartesiano l'andamento di un segnale entro il tratto di fibra considerato.

Se il collegamento deve essere ancora realizzato, la sua attenuazione è stimabile usando i valori di targa delle fibre e valori prudenziali per giunzioni e connettori.

Gli apparati commercialmente disponibili arrivano a velocità di trasmissione di 40 Gbit/s. Utilizzando tecnologie WDM è possibile trasmettere su una singola coppia di fibre fino ad alcune centinaia di canali in frequenza, arrivando a capacità massime dell'ordine del Tbit/s.

Attraverso lo studio di particolari onde elettromagnetiche autorinforzanti, i solitoni, si sfruttano delle caratteristiche non lineari della fibra per compensare tra loro l'effetto Kerr e la dispersione cromatica. Con la trasmissione solitonica e l'uso di amplificatori ottici si possono coprire distanze anche dell'ordine delle decine di migliaia di chilometri senza uso di ripetitori.

Il Decreto "Banda larga" (decreto legge n. 112/2008, convertito in legge n. 133/2008) ha abolito qualsiasi diritto di esclusiva nella posa e nel passaggio delle dorsali in fibra ottica, previsto nelle aree sottoutilizzate la gratuità per un congruo periodo dell'utilizzo del suolo pubblico e privato per la posa di cavi e infrastrutture a banda larga (abolizione della tassa di occupazione del suolo pubblico, delle servitù di passaggio e dei diritti di superficie).

Per l'avvio dei lavori è sufficiente una dichiarazione di inizio attività, mentre resta necessaria l'autorizzazione degli enti locali per l'attraversamento di strade, centri storici e abitati di loro proprietà o competenza, escludendo le altre aree demaniali. Vale il silenzio-assenso, per cui la richiesta autorizzativa agli enti locali si intende accolta se non riceve risposta entro 60 giorni. Non sono più necessarie autorizzazioni delle Assemblee condominiali (o dei proprietari) per la posa di cavi e infrastrutture avanzate di comunicazione all'interno dei condomini e degli insediamenti residenziali.

La recente tecnica di messa in posa tramite scavo in minitrincea permette una drastica riduzione dei tempi e costi di costruzione dei cavidotti in fibra ottica. Lo scavo è rettilineo con raggi di curvatura ridotti al minimo, largo da 5 a 10 a 15 cm e profondo dai 30 ai 45 cm, realizzato a secco con un'incisione netta dell'asfalto tramite idonee frese a disco, evitando di lesionare la strada e l'interramento dei cavi ad alcuni metri di profondità, come era richiesto in passato.
La mini trincea è una tecnica utilizzata per la posa di 4 monotubi su strade periferiche o lungo le strade provinciali; permette l’esecuzione contemporanea di fresatura del manto stradale, posa dei monotubi e riempimento con miscela cementizia.
I tempi di posa e riasfaltatura sono limitati ad alcune ore in un'unica fase per km di cavidotto.

Rispetto alle tecniche tradizionali, la minitrincea offre una riduzione stimata fino all'80% i costi socio-ambientali in termini di disagi per i cittadini e per le amministrazioni (polveri, ingombro e rumorosità dei cantieri), del 67% gli incidenti sul lavoro. Il costo per la fornitura e posa di infrastruttura fino a 3 tubi da 40 mm in minitrincea è di circa 20 euro al metro, per ogni metro occorrono da 6 a 9 tubi, contro i circa 1000 euro al metro di un cavidotto tradizionale a un metro di profondità.

Se la fibra ottica non è diffusa nei centri minori, ciò è sicuramente dovuto a una specifica di rete troppo rigida, economicamente insostenibile e tecnicamente senza senso nei centri nei quali sono sottoutilizzate tanto la rete quanto le infrastrutture soprastanti. L’obbligo della profondità minima di scavo di 1 metro è stata superata dall’art. 5 comma 3 della Direttiva 3 marzo 1999 della Presidenza del Consiglio dei Ministri, che permette all’Ente proprietario della strada di contenere, a propria discrezione, la profondità di posa delle reti di servizi. D'altro canto però la tecnica della minitrincea avrebbe lo svantaggio di una certa vulnerabilità dei cavi posati in scavi ulteriori per altre infrastrutture di rete e opere civili per rischio danneggiamento.

La legge n.133 del 2008 ha snellito l'iter autorizzativo, mentre la n. 69 del 2009, sostanzialmente inattuata, ha liberalizzato l'uso della minitrincea nelle strade provinciali, la rete più estesa che permetterebbe la maggiore copertura del territorio.

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