Un collegamento in fibra ottica è un dispositivo che invia dati tra due punti inviando luce attraverso una fibra ottica, che guida la luce all’altra estremità del collegamento. Ogni collegamento in fibra ottica contiene la fibra ottica stessa, un trasmettitore e un ricevitore. Alcuni collegamenti hanno anche amplificatori sulla fibra tra il trasmettitore e il ricevitore per mantenere l’alimentazione sui collegamenti più lunghi. I collegamenti in fibra ottica sono estremamente importanti nella moderna tecnologia delle comunicazioni e vengono utilizzati per applicazioni quali telefoni, connessioni Internet e televisione via cavo.
Le fibre ottiche possono essere utilizzate per la comunicazione perché sono materiali relativamente flessibili che possono essere utilizzati come guide d’onda, guidando la direzione delle onde elettromagnetiche mentre viaggiano attraverso la fibra. La fibra ha due parti, un rivestimento esterno e un nucleo interno. Il nucleo è progettato per avere un indice di rifrazione più elevato rispetto al rivestimento, il che significa che la luce nel nucleo viaggia più lentamente. Quando la luce colpisce un confine tra il mezzo che sta attraversando e un altro mezzo con un indice di rifrazione inferiore, quella luce sarà completamente riflessa dal confine se colpisce con un angolo sufficientemente alto in un fenomeno chiamato riflessione interna totale. Circondando completamente il nucleo con materiale con un indice di rifrazione inferiore, la luce può essere confinata al nucleo mentre percorre la lunghezza della fibra, riducendo al minimo l’attenuazione del segnale.
Le fibre ottiche sono generalmente composte da vetro di silice (biossido di silicio o SiO2). A volte vengono utilizzati anche altri tipi di vetro, come i vetri al fluoro e al fosfato, e alcune fibre sono costituite da sostanze cristalline come il corindone. Il nucleo e il rivestimento sono ciascuno drogato con piccole quantità di altre sostanze per aumentare o diminuire i loro indici di rifrazione in modo che la luce che viaggia attraverso la fibra venga trattenuta nel nucleo.
Il trasmettitore in un collegamento in fibra ottica è solitamente un diodo emettitore di luce o un diodo laser, entrambi i quali producono luce facendo scorrere l’elettricità attraverso un semiconduttore. Questa luce viene quindi rilasciata nella fibra con un angolo che causerà una riflessione interna totale nel nucleo. L’informazione è codificata nella luce attraverso variazioni nella sua intensità, fase o polarizzazione. All’altra estremità del collegamento in fibra ottica c’è un fotorilevatore, un dispositivo che rileva la luce e che funge da ricevitore. Il tipo di fotorivelatore più comunemente utilizzato per questo scopo è un fotodiodo, che utilizza un semiconduttore per convertire la luce in ingresso in segnali elettrici.
I collegamenti in fibra ottica sono una parte essenziale delle comunicazioni moderne e sono ampiamente utilizzati grazie alla loro leggerezza, bassa perdita di segnale e immunità alle interferenze elettromagnetiche che possono interrompere i cavi elettrici. La loro capacità è enorme e un singolo collegamento in fibra ottica può avere centinaia di migliaia di canali per le connessioni telefoniche. Sono più costosi da realizzare e mantenere rispetto alla connessione elettrica e quindi sono utilizzati principalmente per trasportare segnali per un gran numero di connessioni telefoniche e Internet a lunga distanza, con la trasmissione elettrica utilizzata per la maggior parte dei collegamenti più brevi. In alcune aree, tuttavia, la situazione sta iniziando a cambiare, con la crescita della domanda di banda Internet, che porta alla creazione di servizi Internet a banda larga basati su connessioni in fibra ottica che arrivano fino all’abitazione o all’ufficio dell’utente.