Fibra ottica monomodale: cos'è e come funziona

Con la sempre più ampia diffusione dei servizi di connettività in fibra ottica sull’intero territorio nazionale si parla sempre di più dei cavi utilizzati per portare il servizio FTTH (Fiber-to-the-Home) in casa e negli uffici.

Parlando di collegamenti FTTx e differenze tra le tipologie di fibra ottica abbiamo visto come i cavi in fibra permettano di trasmettere dati a grandi distanze utilizzando pochi amplificatori intermedi. Il problema dell’attenuazione del segnale poco interessa i link in fibra ottica.

La fibra ottica monomodale è un tipo di cavo in fibra che viene utilizzato per collegare gli apparati anche su lunghe distanze e portare il segnale alla borchia ottica. Cosa significa? Nei cavi in fibra ottica monomodali (single mode in inglese) l’elemento interno chiamato core è capace di trasportare un unico raggio luminoso.

Una fibra ottica è composta da varie componenti: ciò che si osserva prendendo in esame un cavo in fibra è una guaina protettiva esterna sotto alla quale è presente uno strato protettivo in kevlar: esso fornisce resistenza al cavo, soprattutto per ciò che riguarda la trazione.
Al di sotto della protezione in kevlar viene usato un “jacket” di materiale plastico (circa 0,9 mm di spessore) che rende il cavetto in fibra meno sensibile al piegamento.
Andando ancora più in profondità si trova un ulteriore rivestimento (coating) da 0,25 mm realizzato in materiale acrilato.

Il coating di diverse colorazioni viene utilizzato nei cavi multifibra ovvero quelli che trasportano contemporaneamente più raggi luminosi: si pensi ai cavi che aziende come Open Fiber e FiberCop posano sotto il piano stradale. La numerazione delle fibre presenti in uno stesso cavo segue infatti una speciale colorazione alla quale i tecnici fanno riferimento.

All’interno del coating si trova un corpo vetroso da circa 0,1-125 mm (100-125 μm, micrometri) che ospita la fibra ottica vera e propria: la parte esterna viene chiamata cladding o “mantello”. Il cladding nasconde il nucleo vero e proprio (core) che misura appena 0,008-0,01 mm ovvero 8-10 μm.
Per fare un semplice paragone, il diametro di un capello varia tra 20 e 200 μm.

La luce si propaga nella fibra come un’onda piana ed è riflessa completamente all’interfaccia tra core e cladding. Un minimo di dispersione c’è ma è per questo motivo, proprio grazie alla struttura dei cavi in fibra, che questo tipo di connessioni attenuano pochissimo il segnale al crescere della distanza.

Sebbene il coating resti da 100-125 μm, in un cavo fibra multimodale (multi mode) il core ha dimensioni maggiori rispetto alla versione monomodale (fino a 50-62,5 μm): questo per consentire il passaggio del flusso luminoso in varie modalità.
Nella fibra ottica multimodale viene usato un modello geometrico per la propagazione della luce: il raggio luminoso rimbalza avanti e indietro e si riflette dal rivestimento centrale.
In questo modo possono essere trasmessi più raggi che si propagano seguendo un percorso diverso.

Nei cavi in fibra monomodale una sola lunghezza d’onda passa nel core e il flusso ottico viene sempre riallineato al centro del nucleo invece di farlo rimbalzare dal bordo come nello schema multimodale.

I vantaggi della fibra monomodale (i cavi sono di solito di colore giallo) sono importanti:

• I cavi possono essere utilizzati per coprire distanze più lunghe (fino a 40 chilometri anche se il dato varia anche in base alla lunghezza d’onda e quindi alla tipologia del cavo stesso) senza bisogno di usare rigeneratori del segnale.
• È possibile sfruttare la maggiore larghezza di banda rispetto alla soluzione multimodale.
• L’attenuazione del segnale viene ridotta ai minimi termini proprio perché il segnale ottico non viene disperso.
• Il costo dei cavi in fibra monomodali è inferiore rispetto a quello delle versioni multimodali.
• Ottimo per lunghe distanze, ad esempio per le dorsali di rete.

Di contro i costi delle apparecchiature necessarie per le comunicazioni con cavi in fibra ottica multimodale sono minori rispetto a quelli per le comunicazioni in fibra monomodale. In ogni caso, però, il segnale su cavo multimodale si disperde dopo massimo 2 chilometri.
Sono cavi (di solito di colorazione arancione) che si rivelano una buona scelta per realizzare cablaggi locali con larghezza di banda fino a 100 Gbps.

Fibra ottica multicore: cos’è

Il passo successivo che si è compiuto è il passaggio alla fibra multicore: mantenendo ferma, ancora una volta, la dimensione del coating (100-125 μm) sono stati aggiunti all’interno di esso più core in fibra ottica.
Utilizzando la tecnica chiamata SDM (Space Division Multiplexing) è possibile gestire più trasmissioni dati in contemporanea usando il medesimo mezzo trasmissivo in fibra ottica multicore.

Open Fiber a fine 2020 annunciava di aver raggiunto 800 Gbps per canale ottico sulla sua dorsale ZION permettendo così alla rete di trasporto di scalare la sua capacità complessiva fino a 48 Terabit per singola fibra.

Le dorsali Internet o backbone proprio grazie ai cavi in fibra ottica multicore potranno in futuro compiere un ulteriore balzo in avanti passando al multiplo successivo: se oggi si parla di Terabit per secondo (1 Terabit = 1.000 Gigabit = 1.000.000 Megabit) prossimamente si parlerà di Petabit (1.000 Terabit).
Quando si parla di connessioni di rete, di velocità di trasferimento delle informazioni, di connettività si usa il sistema decimale: ne parliamo nell’articolo sulle differenze tra gigabit e gigabyte.

C’è davvero bisogno di tutta questa banda? Oggi molto probabilmente no ma quando nuove innovative applicazioni che probabilmente al momento non riusciamo neanche a realizzare, allora la rete sarà pronta per sostenerne il funzionamento.