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Las investigaciones en el campo de la electrónica y las comunicaciones encuentran
en la tecnología de la fibra óptica un interesante campo de experimentación. La
fibra óptica es un filamento cilíndrico transparente, fabricado en vidrio, que posee
la propiedad de propagar las ondas electromagnéticas colocadas en el espectro
visible
Fundamento de las tecnologías ópticas
La fibra óptica permite la transmisión de señales de gran velocidad. Mientras que a
través de los materiales conductores se transmiten señales eléctricas, a través de
la fibra óptica se trasmiten señales luminosas. Esto es posible porque la luz es una
onda electromagnética (vital para la comunicación entre dispositivos electrónicos),
cuya frecuencia es elevada, por lo que el flujo de información que trasporta en
consecuencia es muy superior al que se obtiene utilizando otros tipos. Sin embargo,
quien favorece la velocidad de este material es su transparencia.
Diversos tipos de señales son los que permite trasmitir la fibra óptica, ya sean
digitales, o de audio, video, telefonía, entre otras. Por lo cual su empleo tiene
diversas finalidades. Por ejemplo, para la iluminación de espacios difícilmente
accesibles, para la trasmisión de imágenes e informaciones y en el ámbito de las
telecomunicaciones por láser. Sin lugar a dudas, una esfera en donde es utilizada
con gran importancia es la medicina; ya que a través de el se construyen aparatos
que permiten ver los órganos internos del enfermo y también para conducir los
rayos láser hasta el interior del cuerpo humano.
Historia
“La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977,
se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya
cantidades importantes de pedidos de este material.
Antes, en 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se
descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue
aplicado a las telecomunicaciones con el fin que los mensajes se transmitieran a
velocidades inusitadas y con amplia cobertura.
Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los
conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas
provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser. Fue
entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus
esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica.
En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.
Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la
siguiente manera: Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma
naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la longitud de las
ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros” (Fuente:
http://www.pablin.com.ar/electron/cursos/fibraopt/index.htm)
Componentes de la fibra óptica
El núcleo cilíndrico y la vaina (funda envolvente), son los dos elementos que forman
parte de las fibras ópticas. En ellos, el vidrio es el componente con el cual están
fabricados, pero se diferencian en los procesos que reciben cada uno, puesto que es
necesario en su índice de refracción.
Las variaciones de este último están
determinadas por la mezcla del vidrio con materiales impuros. Es así, como la
velocidad a la que viajan las ondas en el núcleo es distinto por ende a las de la
vaina.
La unión de fibras ópticas permite la formación de haces que pueden ser rígidos o
flexibles, y a su vez permitir diferentes aplicaciones, ya sea tanto como imágenes
o informaciones. Así el diámetro de una fibra oscila entre los 10 y los 100
micrómetros un micrómetro equivale a una millonésima parte de un metro.
Quien caracteriza a la fibra óptica, es el índice de refracción del material con el que
está fabricada. No obstante, su longitud y su frecuencia de radiación empleada en
íntima relación, es lo que hay que tener en cuenta para la caída de la señal que las
atraviesa.
Tipos de fibra óptica
Fibras de Índice abrupto
La velocidad a la que se irradian las ondas electromagnéticas, en el caso de las
fibras de índice abrupto, es inferior en el núcleo comparado con la de su envoltura.
La diferencia del índice de refracción entre ambos componentes determina, que los
rayos cuando penetren en la fibra con un ángulo pequeño, al chocar como
consecuencia del mismo reboten. En cambio, si los rayos en vez de rebotar “se
pierden”, significa que estábamos en presencia de un elevado ángulo de
penetración de radiación electromagnética. Pero lo que hay que tener en cuenta
que lo que determina esta velocidad de transmisión es el ángulo de entrada del
rayo de luz. No obstante, “viajará” más rápidamente si su dirección es paralela al
eje de la fibra. Entonces di observamos que la misma describe una trayectoria más
larga, significa que penetró en forma desviada, y avanzó rebotando en los puntos
de unión del núcleo y la vaina. La consecuencia de esto último, será que en función
de la distancia, de manera progresiva la señal luminosa se irá perdiendo. Es
necesario incorporar a los sistemas repetidores de la señal ya sea a determinadas
distancias, para solucionar esta problemática presente.
Fibras de Índice gradual
El índice de refracción del núcleo es variable para el caso de las fibras de índice
gradual, a diferencia de las anteriores. Esto se debe a que la refracción es mayor
en el centro y menor en el borde, determinado así un incremento de la velocidad de
la luz. Por lo que el “factor ángulo” será determinante, porque se igualaran las
velocidades de los rayos.
En otras palabras, estas fibras sufren pérdidas de luz cuando viaja por el núcleo,
debido al desacuerdo que se produce entre ondas en pocos kilómetros. Los rayos
pueden viajar rectos, otros rebotar en las paredes, recorrer un camino en
ondulación, lo que determinará mayor distancia. Por lo que, aumentar la velocidad
en las paredes laterales, compensando así la mayor longitud del camino a transitar,
sería una posible solución para estas fibras. No obstante, es inversamente
proporcional al índice de refracción, la velocidad de cada punto.
Aplicaciones
Fibras conductoras de luz
La aplicación más característica de los cables de fibra óptica para la transmisión de
luz se da en el campo de la medicina; específicamente, en la iluminación de
instrumentos como los endoscopios, destinados al examen visual de cavidades o
conductos internos del organismo. Los haces dé fibra óptica constituyen, en este
caso, sistemas flexibles. Su principal ventaja es la posibilidad de hacer llegar la luz
hasta el punto deseado, sin que ello implique una aportación de calor.
Fibras conductoras de imágenes
Para la transmisión de imágenes las fibras del haz han de aparecer ordenadas, no
simplemente yuxtapuestas, como sucede en el caso de la conducción de la luz.
Efectivamente, si la posición relativa de las fibras es idéntica en los dos extremos
del haz, resulta posible que la imagen formada en el primer extremo se propague
hacia el final del sistema, con un grado de nitidez que viene determinado por el
diámetro de cada fibra individual. La longitud habitual de estos conjuntos
ordenados de haces, también flexibles, oscila entre 50 cm y 1 m de longitud.
Fibras conductoras de información
A mediados de los años sesenta del siglo XX comenzó a pensarse en la posibilidad
de transmitir a gran distancia la luz modulada por señales, utilizando para ello
fibras ópticas. No obstante, los primeros resultados en este nuevo ámbito de
experimentación se produjeron ya en la década siguiente, gracias a la obtención de
fibras con un elevado grado de transparencia, que determinaran pérdidas
suficientemente pequeñas. En un principio, el sistema se utilizó para transmisiones
entre puntos cercanos —dentro, por ejemplo, de una aeronave—. Sucesivos
avances en este campo dejaron patente, á comienzos de los ochenta, la posibilidad
cercana de sustituir el cableado coaxial por cables de fibra óptica. La reducción de
las dimensiones y el peso del sistema, además de una mayor insensibilidad a las
perturbaciones derivadas de eventuales campos magnéticos, se revelaron pronto
como las principales ventajas de esta sustitución.
Asimismo, la introducción de cables de fibra óptica permitía un considerable ahorro
de cobre y aseguraba, sin necesidad de recurrir a amplificaciones intermedias, un
alcance muy superior al obtenido con los pares coaxiales.
Conexiones telefónicas
La introducción de cables de fibra óptica en las conexiones telefónicas, donde la
señal ya no está constituida por una corriente eléctrica, sino por una onda
luminosa, ofrece la posibilidad de transmitir impulsos en cantidad y calidad
decididamente mayor, además de a una velocidad más elevada. El proceso requiere
la instalación de una amplia red de fibras ópticas. Este proyecto, hoy en vías de
realización, lleva el nombre de cableado y constituye un paso importante que
cambiará sensiblemente los hábitos y costumbres del hombre, ahora en el centro
de la revolución telemática.
La televisión por cable y las autopistas de información
En ambos campos, la tecnología de la fibra óptica ofrece interesantes posibilidades.
La televisión por cable implica un cambio en la forma de transmisión de la señal,
que, en lugar de propagarse a distancia, circula por cables. En un principio, se
emplearon pequeños cables coaxiales normales, análogos a los utilizados para la
telefonía; hoy, en cambio, se utilizan cables de fibra óptica que permiten una
transmisión más rápida.
Asimismo, las autopistas de la información son posibles gracias a la sustitución del
tradicional hilo metálico por los cables de fibra óptica. En este tipo de conexión, las
señales circulan en forma digital, formadas esencialmente por secuencias de ceros
y unos que sustituyen a las anteriores señales de tipo analógico