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La revolucionaria fibra óptica

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Las investigaciones realizadas desde 1970 en torno de la fibra óptica y sus posibles aplicaciones como guía de onda sirvieron de base a la "revolución"tecnológica informativa. Internet, la telefonía celular y la televisión por cable, por citar algunos ejemplos, se sirven de ella.


¿Qué es?


La fibra óptica (FO) es un conductorque transporta señales sobre la base de la transmisión de luz; se compone frecuentemente de filamentos de vidrio (compuestos de óxidos de silicio) de alta pureza, muy delgados y flexibles, cuyo grosor es similar al de un cabello humano (de 2 a 125 micrones). Otro material con el que se hacen los filamentos es el plástico (polímeros artificiales). Su proceso de elaboración es controlado por computadora para lograr que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y mayor que el del recubrimiento óptico para que la luz se refleje totalmente en su interior.


La idea de transmitir información a través de la luz se expresa en que las ondas luminosas pueden utilizarse como se usan las ondas de radio, ya que son (ondas) electromagnéticas, así que es posible modularlas y transmitirlas. En 1960, el físico estadounidense Theodor H. Martin construyó el primer láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, o, amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación). Al utilizar esta radiación en las telecomunicaciones la información se transmite a velocidades inusitadas, pero, en aquellos años, no existían conductos o canales adecuados para transportar las ondas electromagnéticas originadas en la fuente láser.


Entonces, científicos y técnicos se dieron a la tarea de crear un conducto o canal que fuera una guía óptica, ahora conocida como FO. Para 1977 ya se fabricaban cantidades importantes del material, y en 1988 se tendieron cables capaces de transportar ocho mil canales a través del océano Atlántico. Como vemos, en poco más de diez años la FO ganó un papel determinante y revolucionó las telecomunicaciones.


Así sucede


La luz viaja en el interior del núcleo de la fibra, el cual posee un índice de refracción dado. Recubriendo al núcleo, hay otro material de menor índice de refracción, de tal manera que la luz se traslada en el interior por el principio de refracción interna total, que impide que la luz salga del núcleo. Desde su inicio, la FO fue concebida como un medio de transmisión, y en la actualidad no sólo se la utiliza en sistemas telefónicos sino también en la automatización industrial, la computación, y los sistemas de televisión por cable, por mencionar algunas pocas aplicaciones.


En un sistema de comunicación que utiliza FO existe un transmisor que se encarga de transformar las señales eléctricas en energía óptica o luminosa; una vez que es transferida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un detector óptico o receptor, cuya función consiste en convertir la señal luminosa en energía eléctrica, similar a la señal original.


Sensores de FO, otra manera de aplicarla


En palabras del Dr. Walter H. Fonseca Araujo*, "la adaptación de FO en sistemas de medición y sensores se hace como un traje a medida para cada industria. Ésta solicita instrumentación específica, por ello los requisitos de estandarización son menores, y de ahí que sea posible tener éxito en el desarrollo de este tipo de tecnologías".


Asimismo, el investigador estima que, en relación con los convencionales, la ventaja sobresaliente de los sensores de FO es la seguridad intrínseca que confieren al tratarse de un conjunto dieléctrico: "si en un ambiente explosivo, que tenga mezclas de gas, aire, combustible, se rompe un cable que conecta a un sensor convencional -uno de tipo eléctrico-, la chispa que se produce puede ocasionar un incendio. En cambio, los que están hechos con FO son dieléctricos, no conducen electricidad, ni generarían esa chispa. Lo que viaja por la fibra es luz, cuya potencia no puede incendiar un papel ni otro material".


Otra de las ventajas que destaca el investigador es que en la industria eléctrica los sistemas de alta tensión tienen problemas con las aislaciones, pues las líneas y los lugares donde se miden las corrientes necesitan, cada vez, de mayor aislamiento. Pero al emplear un dispositivo dieléctrico, a base de FO, para medir, se descarta automáticamente la necesidad de tener un gran aislante, con lo que, al mismo tiempo, se bajan los costos.


Dadas las ventajas ya expuestas, en varios países se investiga en sensores de FO, en especial en relación con las industrias de alto riesgo y para aplicaciones biomédicas. Estos sensores pueden medir magnitudes físicas como temperatura, presión, nivel de líquidos, campos magnéticos y eléctricos, tensión mecánica; y también magnitudes químicas y bioquímicas como detección y concentración de especies químicas o el potencial de hidrógeno (Ph).


Características de la FO que la convierten en un conductor ventajoso:


- Es compacta y liviana; los aviones han perdido hasta dos mil kilos de peso muerto al cambiar sus cables convencionales por la FO.


- Es dieléctrica (no conduce electricidad), por lo tanto, los cables de FO pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión o temperatura. Además, tiene la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección. Asimismo, al no conducir electricidad, no presenta el riesgo del cortocircuito.


- Tiene un gran ancho de banda; un cable de seis fibras puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de diez mil pares de cables de cobre para brindar servicio a ese mismo número de líneas.


- En el sistema convencional de cables, la atenuación de la señal es tal que se necesita de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión; en tanto, con el sistema de FO se pueden instalar tramos de hasta 70 km, como límite máximo.


- Al no conducir señales eléctricas resulta un medio de comunicación protegido de interferencias electromagnéticas a su alrededor. Ésta es una de las características principales que motivaron su uso militar, ya que para poder quitar información de ella hay que provocarle, primero, un daño, deterioro que podría detectarse fácilmente con equipo especializado.

 


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