La fibra optica, maravilla de la comunicacion

fibra óptica, maravilla de la comunicación

José de la Herrán
Fotos: Digital Stock

En poco más de una década, la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas para transmitir información. Este novedoso material ha revolucionado los procesos de la telecomunicaciones en todos los sentidos.

TODOS HEMOS escuchado alguna vez (los que no, que lo ensayen), cómo el sonido de las palabras puede conducirse a lo largo de una manguera: las ondas sonoras emitidas en uno de sus extremos se reflejan en las paredes interiores y se propagan hasta el otro extremo. También en muchas películas en las que hay barcos antiguos, hemos visto cómo el capitán desde el puente de mando da órdenes a través de tubos sonoros a la sala de máquinas para cambiar el curso del navío.

Sin embargo, para distancias mayores requerimos sistemas de otro tipo. Las telecomunicaciones modernas utilizan electricidad, luz o radio para enviar sonido, imágenes y datos. La fibra óptica, en lugar de propagar ondas sonoras, transmite datos en la forma de pulsos de luz, con la gran ventaja de que las pulsaciones luminosas se transmiten sin interrupción de un extremo a otro del filamento, sin importar si hay curvas o esquinas.


Inicio del viaje
La historia de la comunicación por fibra óptica se remonta a 1977, cuando se instaló un sistema de prueba en Inglaterra. Dos años después, ya se producían cantidades importantes de este material.

Las fuentes de luz usuales, como los focos incandescentes y los tubos de neón, emiten una combinación de luz de muchos colores, o longitudes de onda. En 1959, se descubrió una manera de producir luz de una sola longitud de onda: el láser (siglas en inglés de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Es por esto que decimos que la luz de un láser es "coherente", y puede producir haces de luz muy intenso.

El láser se empleó en las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura. Sin embargo, aquel uso del láser era muy limitado pues no existían los conductos y canales adecuados para conducir esa luz. Fue entonces cuando los expertos en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal y obtuvieron lo que hoy se conoce como fibra óptica.

Transparencia luminosa

La fibra óptica consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico de 50 a 125 micrómetros de diámetro, es decir, más o menos del espesor de un cabello.

Un cable de fibra óptica se compone de una región cilíndrica llamada núcleo, a través de la cual se efectúa la propagación de luz, y de una zona externa al -núcleo y coaxial con él, llamada revestimiento o envoltura. Dicho revestimiento es una funda de plástico u otros materiales que lo protegen contra la humedad, los roedores y otros riesgos del entorno. El índice de refracción (la medida de su capacidad para desviar la luz) del material de revestimiento es menor que aquél del núcleo.

Existen tres tipos de fibras ópticas. La llamada fibra multimodal de índice de refracción escalonado se usa en la transferencia convencional de imágenes, así como en la transmisión de datos en distancias cortas. La fibra multimodal de índice de gradiente, en la cual el índice de refracción del núcleo disminuye gradualmente del centro hacia fuera, es óptima para las distancias intermedias. Para largas distancias y gran velocidad en la transmisión de datos se emplea la fibra monomodal, con poca diferencia de índice de refracción y núcleo de tamaño pequeño.

La capacidad de transmisión de información depende básicamente de tres características: el diseño geométrico de la fibra, las propiedades de los materiales empleados (diseño óptico) y el intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz utilizada (cuanto mayor sea éste, menor será la capacidad de transmisión de información de la fibra).
La fibra óptica de frente (a) y en un corte tensversal (b)
En (a) podemos apreciar que la fibra de vidrio o de plástico está metida en una funda protectora; dado su pequeñísimo diámetro, independientemiente del material empleado, puede soportar doblarse hasta cierto ángulo sin romperse. Normalmente la fibra o conjunto de ellas se instalan dentro de tubos adecuados para una mayor protección.
En (b) se muestra cómo el pulso de luz, al llegar al borde de la fibra, se refleja hacia su interior; este proceso se repite innumerables veces. Sin embargo, como en cada reflexión el haz pierde un poco de intensidad, al cabo de muchas reflexiones es necesario amplificarlo. Esta labor se realiza mediante un repetidor, o conjunto de repetidores; en el caso de paquetes de fibras, se requiere uno para cada fibra.

El viaje sonoro se ilumina

Una línea de comunicación por fibra óptica está constituida por tres elementos esenciales: en un extremo se encuentra un diodo emisor de luz, que produce los pulsos; la fibra propiamente dicha y, en el extremo receptor, un diodo detector de luz. El diodo emisor de luz recibe los pulsos eléctricos en clave y los convierte en pulsos de luz; la fibra óptica se encarga de transmitir esos pulsos luminosos, y el diodo detector hace lo contrario que el emisor, es decir, los vuelve a convertir en pulsos eléctricos. Por supuesto, hay que instalar antes del diodo emisor de la luz un dispositivo que convierta en señal electromagnética el mensaje o los datos a transmitir y, consecuentemente, en el extremo receptor otro dispositivo, que trabaja a la inversa.

Al igual que en la computación, en la transmisión por fibra óptica la información va codificada en forma digital, como una secuencia de 1 y 0. En el caso de las fibras, los unos están representados por pulsos de luz y los ceros por los espacios entre pulsos. El volumen de información, esto es, el número de ceros y unos que se puede transmitir por una fibra óptica es miles de veces mayor que el de una línea telefónica, y en ello radica la superioridad de este nuevo medio de transmisión.

Los pulsos de luz van uno tras otro y su frecuencia es tan alta que permite enviar muchos mensajes o datos en forma compartida. Por ejemplo, si el número 7 forma parte de un dato y la letra N forma parte de una palabra de otro mensaje, se puede enviar uno tras otro, añadiendo tan sólo pulsos clave que identifican a qué “paquete” pertenece cada secuencia de datos. Asimismo, si el 7 va a una dirección y la N a otra, a cada cual se le asigna otro pulso clave para encaminarlo a su destino.

Rapidez, confiabilidad y economía

Además del gran volumen de información que pueden transmitir las fibras ópticas, su aceptación se debe a otros factores. Por una parte, son muy confiables porque son inmunes a las interferencias electromagnéticas que afectan a las ondas de radio. Las fibras ópticas son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente adicional y usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Poseen gran ancho de banda, lo que permite incrementar la capacidad de transmisión y reducir el costo por canal. Un cable de seis fibras puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales; para brindar este servicio a ese mismo número de usuarios en un sistema convencional de cables de cobre, se requieren 10,000 pares de cables, los cuales ocupan grandes volúmenes y son más costosos.

Por otra parte, debido a la atenuación de la luz a lo largo de la fibra, cada cierta distancia hay que colocar un "repetidor"; esto es, un dispositivo que recibe los pulsos de luz, los convierte en pulsos eléctricos, los amplifica y los convierte nuevamente en pulsos luminosos para inyectarlos en el siguiente tramo de fibra. Mientras que con el sistema de cables de cobre se requieren repetidores cada dos kilómetros, con el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Con suficientes repetidores, este sistema puede transmitir los mensajes o los datos a cualquier distancia a lo largo y ancho de nuestro planeta.

Todo es según el color

Pero, como ha ocurrido con otros avances tecnológicos, las fibras ópticas ya se están saturando y debe aumentarse su capacidad. En la actualidad, las fibras ópticas conducen mejor la luz roja que la azul, porque aquélla tiene mayor longitud de onda. Por consiguiente, se emplean diodos emisores de luz roja. No obstante, si se emplearan diodos emisores azules, por ser menor la longitud de onda de la luz que emiten, se podría duplicar la capacidad de transmisión.

Recientemente, el científico japonés Suhuji Nakamura, quien trabajaba desde hace años en una pequeña empresa japonesa, consiguió desarrollar el láser azul de estado sólido, y acaba de dar a conocer su invento. Nakamura ha recibido ofertas millonarias de otros laboratorios y empresas para desarrollarlo a gran escala. Sin embargo, aún falta inventar las fibras ópticas adecuadas para la luz azul.

La ruta de Colón

La fibra óptica tiene actualmente un amplio campo de aplicaciones además de la telefonía: automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución, entre otras.

En México existe una red troncal de comunicación por fibra óptica que enlaza las ciudades más importantes del país a través de un tendido de miles de kilómetros de fibra. Además, se encuentra en operación la línea de cable submarino de fibra óptica Columbus II, que comunica a los Estados Unidos, México y Centroamérica con Europa y el resto del mundo. La ruta trazada en 1492 por las carabelas del almirante, es hoy la red de telecomunicaciones más importante en América y Europa.

La capacidad de transmisión de datos entre ambos continentes por esta red, se ha incrementado en más de 500%; lo que equivale a miles de canales de televisión; 350 mil llamadas telefónicas simultáneas o, dicho de otro modo, la transmisión de 200 millones de caracteres en sólo 3 segundos. Gracias a este cable submarino se puede intercambiar información en segundos por fax, red digital integrada, audio, texto, servicio digital, videoconferencias, televisión, datos por computadora y telefonía de larga distancia.

La fibra de la ciencia

Pero las fibras ópticas no implican un mero intercambio de datos: la instalación de una red une a varias disciplinas. Por ejemplo, la instalación del Columbus II requirió de un complejo estudio científico para conocer las características geo-gráficas, geológicas, morfológicas y barométricas de la superficie sobre la cual reposa el cable.

Es más, desde su inicio, en el desarrollo de las fibras ópticas se funden diferentes disciplinas: la física teórica con la aplicada, la tecnología del vidrio con la de los plásticos, y la electrónica con la óptica, lo que da lugar al nacimiento de la optoelectrónica. Quienes se interesan en el estudio de la optoelectrónica ya sea el campo teórico, técnico u operativo, tienen un futuro asegurado en México, país donde las fibras ópticas ya se usan profusamente y cuyas instalaciones y sistemas aumentan día con día.