Se a internet é, praticamente, a mesma coisa desde que foi criada, como foi possível passar de velocidades pífias da ordem de 50 kbps para velocidades Gigabit, cerca de 5 ordens de grandeza maior?
Se queremos ir mais rápido, preferimos a autopista à estrada de chão. Mas não adianta querer que um Uno quadrado chegue a velocidades muito superiores que os carros comuns (a não ser que seja de firma e tenha duas escadas em cima). É preciso trocar para um carro mais rápido.
Para a internet, a autopista é o vidro, a estrada de chão é o cabo metálico, o Uno (sem escadas) é o elétron e o Koenigsegg é a luz.
Comentei no último tópico, sobre processadores, que todos os materiais possuem defeitos a nível de constituição, é só aproximarmos o suficiente que veremos. Na tecnologia de par metálico, além da informação ser transmitida por elétrons, que são muito lentos, existem perdas de sinal superiores devido aos defeitos presentes na liga de cobre utilizada, fazendo que a qualidade do sinal seja severamente afetada com a distância entre as extremidades do cabo. Por outro lado, os materiais cerâmicos amorfos possuem a falta de regularidade na estrutura necessária para que a luz se propague por entre ela sem grandes perdas, que também ocorrem, mas em menor intensidade, majoritariamente por fenômenos de dispersão. A luz utilizada tem um comprimento de onda (λ) ridiculamente pequeno, da ordem do espaçamento entre os átomos na estrutura que constitui o vidro (850 – 1550 nm, ligeiramente acima do espectro visível e, portanto, invisível ao olho humano). Somado a isto temos o fato de que o portador da informação é agora (quase) a coisa mais rápida que existe no universo (até hoje). Quase porque a luz no vácuo é a coisa mais rápida do universo. Cada meio constituído por átomos altera a velocidade dos fótons, de acordo com o índice de refração ("n", vou explicar depois). Por exemplo, radiação infravermelha de λ = 1550nm sendo conduzida através de uma fibra com índice n= 1,4682 (não tem unidade) viaja a uma velocidade de 204.190.477 m/s, ou 735.085.717,2 km/h. Talvez o Koenigsegg tenha sido sobrestimado.
Quando a luz passa de um meio para o outro, do ar para o vidro por exemplo, ocorre um desvio no ângulo de sua propagação. Este fenômeno ocorre por conta da mudança de velocidade da luz no meio, sendo o ângulo do desvio influenciado pelo n do meio para o qual está sendo propagada. É por conta deste fenômeno que vemos bizarrices desse tipo:
Com isso em vista, o índice de refração n é nada mais nada menos que a razão entre a velocidade da luz no vácuo c e a velocidade da luz no meio. Por isso é adimensional.
Tá, mas grandes bosta. O que eu faço com esse n?
Esse cara é nada menos que o responsável por evitar que a luz saia da fibra óptica. Num material que conduz eletricidade é fácil, é só colocar uma capa de polímero que está resolvido. Mas a luz não precisa que o meio seja condutor para se propagar, então se revestirmos uma fibra óptica com plástico a luz simplesmente ignora o revestimento e vai passar da fibra para o plástico e desse para qualquer outro meio que o contenha. O n entra aí, no fenômeno de reflexão interna total.
Quando a luz incide numa superfície, parte é refratada, parte é refletida, como podemos observar na imagem:
Essa foto é bem bacana porque mostra o desvio que a parte refratada (que é transmitida pelo acrílico) muda de ângulo. Note que a parte refletida (que volta) faz o mesmo ângulo de incidência com a normal da superfície (reta formando 90º), mas o mesmo não é verdadeiro para a porção refratada.
O fenômeno de reflexão interna total se dá segundo a lei de Snell, quando o n do meio externo é menor que o do meio por onde a luz passa e abaixo de um ângulo crítico θ, que é o menor ângulo de incidência da luz para que ocorra o fenômeno. Caso contrário ela vai para o segundo meio. Acima desse ângulo, a luz reflete internamente e continua no meio. A física disso é mais detalhada, posso entrar nesses detalhes se alguém se interessar. Quando esses critérios são atendidos, temos essa imagem linda:
Quando o revestimento tem n menor que n do núcleo e o ângulo de incidência é, no mínimo, o ângulo crítico, temos radiação infravermelha sendo conduzida por dentro de algo com a espessura de um cabelo humano. Claro que não é essa a espessura que você vê em aplicações como FTTH, tem uma série de revestimentos feitas nesse material para que ele ganhe propriedades mecânicas e não quebre na hora da instalação, mas aí é assunto pra outro tópico, esse já tá extenso demais.
Agradecimentos ao @ThiagoDV por tornar o texto gramaticalmente menos doloroso aos olhos dos leitores.
