Fibra óptica: conceptos, usos y evolución tecnológica

Guiar la luz por reflexión interna, el principio que hace posible la fibra óptica, fue demostrado por primera vez por Daniel Colladon y Jacques Babinet en París a principios de la década de 1840. El físico John Tyndall lo demostró durante sus conferencias públicas en Londres, 12 años después.

El principio fue utilizado por primera vez para los exámenes médicos internos por Heinrich Lamm en la década de 1930. Las fibras ópticas modernas, en las que la fibra de vidrio está recubierta con un revestimiento transparente para ofrecer un índice de refracción más adecuado, aparecieron más tarde en esa década.

El término "fibra óptica" fue acuñado por Narinder Singh Kapany.

En 1965, Charles K. Kao y George A. Hockham, de la empresa británica Standard Telephones and Cables (STC), fueron los primeros en demostrar que la pérdida de intensidad en las fibras ópticas podía reducirse, convirtiendo las fibras en un medio de comunicación práctico. Propusieron que los defectos de las fibras disponibles en ese momento estaban causados por impurezas que podían eliminarse. Señalaron el material adecuado para utilizar dichas fibras, como el vidrio de sílice, que tiene una gran pureza. Este descubrimiento le valió a Kao el Premio Nobel de Física en 2009.

Una fibra óptica es una hebra larga y delgada de material transparente. Su forma suele ser similar a la de un cilindro. En el centro tiene un núcleo. Alrededor del núcleo hay una capa llamada revestimiento. El núcleo y el revestimiento están hechos de diferentes tipos de vidrio o plástico, de modo que la luz viaja más lentamente en el núcleo que en el revestimiento. Si la luz en el núcleo choca con el borde del revestimiento en un ángulo poco pronunciado, rebota. La luz puede viajar dentro del núcleo y rebotar en el revestimiento. La luz no se escapa hasta que llega al final de la fibra, a menos que ésta se doble bruscamente o se estire.

Si el revestimiento de la fibra se raya, puede romperse. Un revestimiento de plástico llamado buffer cubre el revestimiento para protegerlo. A menudo, la fibra amortiguada se coloca dentro de una capa aún más resistente, llamada cubierta. Esto facilita el uso de la fibra sin romperla.

Comunicación por fibra óptica

El principal uso de la fibra óptica es en la comunicación (telecomunicación). La comunicación por fibra óptica transmite información de un lugar a otro enviando pulsos de luz a través de una fibra óptica. La luz forma una onda portadora electromagnética que se modula para transportar la información. Desarrollados por primera vez en los años 70, los sistemas de comunicación por fibra óptica han revolucionado la industria de las telecomunicaciones y han contribuido a la llegada de la Era de la Información.

Los primeros sistemas tenían un corto alcance, pero los posteriores utilizan fibras más transparentes. Como la luz no se escapa de la fibra, la luz puede recorrer una gran distancia antes de que la señal sea demasiado débil. Esto se utiliza para enviar señales telefónicas y de Internet dentro de las ciudades y entre ellas. Debido a sus ventajas sobre la transmisión eléctrica, las fibras ópticas han sustituido en gran medida las comunicaciones por cable de cobre en las redes centrales de los países desarrollados. Los cables submarinos con fibras conectan el mundo.

La mayoría de los sistemas de comunicación óptica tienen conexiones eléctricas. Una señal eléctrica controla un transmisor. El transmisor convierte la señal eléctrica en una señal luminosa y la envía a través de la fibra al receptor. El receptor vuelve a convertir la señal luminosa en una señal eléctrica.

La fibra también se utiliza a veces para enlaces más cortos, como para transportar las señales de sonido entre un reproductor de discos compactos y un receptor estéreo. Las fibras utilizadas para estos enlaces cortos suelen ser de plástico, que es menos transparente. TOSLINK es el tipo de conector óptico más común para los equipos de música.

Otros usos

Las fibras ópticas pueden utilizarse como sensores. Para ello se utilizan fibras especiales que cambian su forma de pasar la luz cuando hay un cambio alrededor de la fibra. Los sensores de este tipo pueden utilizarse para detectar cambios de temperatura, presión y otras cosas. Estos sensores son útiles porque son pequeños y no necesitan electricidad en el lugar donde se produce la detección.

Estas fibras también se utilizan para transportar la luz para que los humanos la vean. A veces se utilizan para la decoración, como los árboles de Navidad de fibra óptica. A veces se utiliza para la iluminación, cuando es conveniente tener la bombilla en un lugar distinto al que necesita la luz. A veces se utiliza en la señalización y el arte para conseguir efectos especiales.

Se puede utilizar un haz de fibras para fabricar un dispositivo llamado endoscopio o fibroscopio. Se trata de una sonda larga y delgada que puede introducirse en un pequeño orificio y que enviará una imagen de lo que hay dentro a través de la fibra a una cámara. Los médicos utilizan los endoscopios para ver el interior del cuerpo humano, y a veces los utilizan los ingenieros para ver el interior de los espacios reducidos de las máquinas.

Las fibras ópticas (con productos químicos especiales añadidos) pueden utilizarse como amplificadores ópticos. Esto permite que una señal óptica viaje más lejos entre los puntos finales, y sin convertir la señal óptica en eléctrica y viceversa, lo que reduce el coste total de los componentes. Estos amplificadores ópticos también pueden utilizarse para crear láseres. Estos se denominan láseres de fibra. Pueden ser muy potentes, porque la fibra larga y delgada es fácil de mantener fría, y hace un haz de luz de buena calidad.