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marzo 15, 2011

Fibra óptica

Historia de las fibras ópticas

Imagen de www.sit-mx.com
Alexander Graham Bell, en 1880, experimentó con un aparato al que llamó fotófono. El fotófono era un dispositivo formado con espejos y detectores de selenio, que transmitía ondas sonoras sobre un rayo de luz. Ese fotófono era muy malo, no confiable y no tenía aplicación práctica. 

Sin embargo, el concepto de Bell fue el primer intento de usar un rayo de luz para transportar información. Es impráctica la transmisión de ondas luminosas a través de cualquier distancia útil a través de la atmósfera terrestre, porque el vapor de agua, el oxígeno y las partículas en el aire absorben y atenúan las señales en frecuencias luminosas. En consecuencia, el único tipo práctico de comunicaciones ópticas es el que usa una guía de fibra.

Pero no fue sino hasta principios de la década de 1950 que se hicieron avances sustanciales en el campo de las fibras ópticas. En 1951, A. C. S. van Heel de Holanda, y H. H. Hopkins y N. S. Kapany de Inglaterra experimentaron con transmisión de luz a través de haces de fibras. Sus estudios condujeron al desarrollo del fibroscopio flexible, que se usa mucho en el campo de la medicina. Kapany fue quien acuño el término “fibra óptica” en 1956. En 1958, Charles H. Townes, de Estados Unidos, y Arthur L. Schawlow, de Canadá, presentaron un trabajo donde se describía cómo era posible usar emisión estimulada para amplificar las ondas luminosas (láser) y las microondas (máser). Dos años después Theodore H. Maiman, científico de Hughes Aircraft Company, construyó el primer máser óptico. El láser (de light amplification by stimulated emission of radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) fue inventado en 1960. 

La invención del láser aceleró mucho los esfuerzos de investigación en comunicaciones con fibra óptica, aunque no fue sino hasta 1967 que K. C. Kao y G. A. Bockham, del Standard Telecommunications Laboratory de Inglaterra propusieron un medio nuevo de comunicaciones, usando cables de fibra revestida.

A partir de 1970, la tecnología de fibras ópticas ha crecido en forma exponencial. En fecha reciente, los Laboratorios Bell transmitieron bien 1000 millones de bps por un cable de fibra de 600 mi, sin un regenerador. 

A fines de la década de 1980 las pérdidas en las fibras ópticas se redujeron hasta 0.16 dB/km, y en 1988, NEC Corporation estableció un récord de transmisión a gran distancia, al enviar 10 Gbits/s con 80.1 km de fibra óptica. También en 1988, el Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI) publicó Synchronous Optical Network (SONET). A mediados de la década de 1990, las redes ópticas para voz y datos eran lugar común en Estados Unidos y en gran parte del mundo.

La fibra óptica son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos. Se construyen con materiales dieléctricos, preferiblemente sílice. Una fibra óptica típica tiene un grosor aproximadamente del doble del cabello humano. La luz se guía por un núcleo central, el resto de la fibra es una cubierta del mismo material que recubre el núcleo, y que está modificado de forma que tenga un índice de refracción ligeramente inferior al del núcleo. Es precisamente este cambio de índice lo que hace que la luz se guíe por el interior de la fibra.

La fibra óptica tiene múltiples usos, entre los que encontramos:

Comunicaciones con fibra óptica


La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes de telecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de vidrio, por la baja atenuación que tienen.

Sensores de fibra óptica

Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir la tensión, la temperatura, la presión y otros parámetros. El tamaño pequeño y el hecho de que por ellas no circula corriente eléctrica le da ciertas ventajas respecto al sensor eléctrico.
Las fibras ópticas se utilizan como hidrófonos para los sismos o aplicaciones de sonar. Se ha desarrollado sistemas hidrofónicos con más de 100 sensores usando la fibra óptica. Los hidrófonos son usados por la industria de petróleo así como las marinas de guerra de algunos países. La compañía alemana Sennheiser desarrolló un micrófono que trabajaba con un láser y las fibras ópticas.
Los sensores de fibra óptica para la temperatura y la presión se han desarrollado para pozos petrolíferos. Estos sensores pueden trabajar a mayores temperaturas que los sensores de semiconductores.

Iluminación

Otro uso que le podemos dar a la fibra óptica es el de iluminar cualquier espacio. Debido a las ventajas que este tipo de iluminación representa en los últimos años ha empezado a ser muy utilizado. Entre las ventajas de la iluminación por fibra podemos mencionar:
  • Imagen de ranquia.com
    Ausencia de electricidad y calor: Esto se debe a que la fibra sólo tiene la capacidad de transmitir los haces de luz además de que la lámpara que ilumina la fibra no está en contacto directo con la misma.
  • Se puede cambiar de color la iluminación sin necesidad de cambiar la lámpara: Esto se debe a que la fibra puede transportar el haz de luz de cualquier color sin importar el color de la fibra.
  • Con una lámpara se puede hacer una iluminación más amplia por medio de fibra: Esto es debido a que con una lámpara se puede iluminar varias fibras y colocarlas en diferentes lugares.

Más usos de la fibra óptica

  • Se puede usar como una guía de onda en aplicaciones médicas o industriales en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un blanco que no se encuentra en la línea de visión.
  • La fibra óptica se puede emplear como sensor para medir tensiones, temperatura, presión así como otros parámetros.
  • Es posible usar latiguillos de fibra junto con lentes para fabricar instrumentos de visualización largos y delgados llamados endoscopios. Los endoscopios se usan en medicina para visualizar objetos a través de un agujero pequeño. Los endoscopios industriales se usan para propósitos similares, como por ejemplo, para inspeccionar el interior de turbinas.
  • Las fibras ópticas se han empleado también para usos decorativos incluyendo iluminación, árboles de Navidad.
  • Líneas de abonado.
  • Las fibras ópticas son muy usadas en el campo de la iluminación. Para edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.
  • También es utilizada para trucar el sistema sensorial de los taxis provocando que el taxímetro (algunos le llaman cuentafichas) no marque el costo real del viaje.
  • Se emplea como componente en la confección del hormigón translúcido, invención creada por el arquitecto húngaro Ron Losonczi, que consiste en una mezcla de hormigón y fibra óptica formando un nuevo material que ofrece la resistencia del hormigón pero adicionalmente, presenta la particularidad de dejar traspasar la luz de par en par.

Estructura de los cables de fibra óptica

Cordón de fibra óptica de estructura ajustada.
Estructura ajustadas: 
está formado por un tubito de plástico o vaina en cuyo interior se encuentra alojado, en forma estable, el conductor de fibra óptica. La vaina debe ser fácil de manejar de forma similar a un cuadrete o un par coaxial. Pueden ser cables tanto monofibra, como multifibra. Sus aplicaciones más frecuentes son: cortas distancias, instalaciones en campus, instalaciones en interiores, instalaciones bajo tubo, montaje de conectores directos y montaje de latiguillos.

Estructura holgada: 
en lugar de un solo conductor se introducen de dos a doce conductores de fibras ópticas en una cubierta algo más grande que la vaina del caso anterior, de ésta forma los conductores de fibra no se encuentran ajustados a la vaina. Además se suele recubrir todo el conjunto con un gel para que no penetre el agua en caso de rotura del cable. Principalmente se dividen en cables multifibras armados (antihumedad y antirroedores con fleje de acero) y cables multifibra dieléctrico (cable totalmente dieléctrico).

Como aplicaciones más importantes tenemos conexiones a largas distancias e instalaciones en exteriores.

Desventajas de los sistemas de fibra óptica
  1. Costos de interconexión: los sistemas de fibra óptica son virtualmente inútiles por sí mismos. Para ser prácticos se deben conectar a instalaciones electrónicas normales, lo cual requiere con frecuencia interconexiones costosas.
  2. Resistencia: las fibras ópticas de por sí tienen una resistencia bastante menor a la tensión que los cables coaxiales. Esto se puede mejorar recubriendo la fibra con Kevlar normal y una chaqueta protectora de PVC.
  3. Potencia eléctrica remota: a veces es necesario llevar energía eléctrica a un equipo remoto de interconexión o de regeneración. Esto no se puede hacer con el cable óptico, por lo que se deben agregar más cables metálicos en el cableado.
  4. No están demostrados: los sistemas de cable de fibra óptica son relativamente nuevos, y no han tenido el tiempo suficiente para demostrar su confiabilidad.
  5. Herramientas, equipo y adiestramiento especializados: las fibras ópticas requieren herramientas especiales para empalmar y reparar cables, y equipos especiales de prueba para hacer medidas rutinarias. También es difícil y costoso reparar cables de fibra, y los técnicos que trabajan con cables de fibra óptica necesitan también tener destrezas y adiestramiento especiales.
En esencia, un sistema óptico de comunicaciones es un sistema electrónico de comunicaciones que usa la luz como portador de información. Sin embargo, es difícil e impráctico propagar ondas luminosas por la atmósfera terrestre. En consecuencia, los sistemas de comunicaciones con fibra óptica usan fibras de vidrio o de plástico para “contener” las ondas luminosas y guiarlas en una forma similar a como las ondas electromagnéticas son guiadas en una guía de ondas. La optoelectrónica es la rama de la electrónica que estudia la transmisión de la luz a través de fibras ultrapuras, que se suelen fabricar con vidrio o con plástico. 

Fuentes:
es.Wikipedia.org. Fibra óptica..  - Enlace: https://goo.gl/gaaJvD
Sistemas de comunicaciones electrónicas. Autor: Tomasi 4ta Edición. - Enlace: https://goo.gl/TVIgrB


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