La Fibra Óptica - Resumen

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La Fibra Óptica

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La fibra óptica es una guía de onda (producto similar al alambre o cable, hecho de vidrio o plastico)  que explota las propiedades refractivas de la luz. Generalmente consiste en un núcleo (por donde la luz es transmitida)  rodeado por una vaina o cubierta. El núcleo de la fibra tiene un índice de refracción ligeramente más alto (diferencia de unas pocas milésimas) que la cubierta y, por lo tanto, puede limitar la luz que se refleja completamente varias veces en la interfaz entre los dos materiales (debido al fenómeno de reflexión interna total ). El conjunto generalmente está cubierto con una funda protectora de plástico .

Cuando un rayo de luz entra en una fibra óptica en uno de sus extremos en un ángulo adecuado, sufre múltiples reflejos totales internos. Este rayo luego se propaga al otro extremo de la fibra óptica sin pérdida, tomando un camino en zigzag. La propagación de la luz en la fibra se puede hacer con muy poca pérdida, incluso cuando la fibra está doblada.

Una fibra óptica es un cable cuyo núcleo, es muy fino, está hecho de  vidrio o plástico, tiene la propiedad de conducir la luz y se usa para la endoscopia , la iluminación o la transmisión de datos digital. Ofrece una tasa de información mucho más alta que los cables coaxiales y puede servir como soporte para una red de "banda ancha" a través de la cual se pueden transmitir datos de televisión , teléfono , videoconferencia o computadora ..

Los  principios de la fibra óptica son de principios del siglo XX, pero no fue hasta 1970 que se desarrolló una fibra utilizable para telecomunicaciones, en los laboratorios de la compañía estadounidense Corning Glass (ahora Corning Incorporated).

Rodeada por una funda protectora, la fibra óptica se puede utilizar para conducir la luz entre dos ubicaciones, a cientos o incluso miles de kilómetros de distancia. La señal de luz codificada por una variación de intensidad es capaz de transmitir una gran cantidad de información. Al permitir comunicaciones de larga distancia y velocidades de datos sin precedentes, las fibras ópticas han sido un elemento clave de la revolución de las telecomunicaciones. Sus propiedades también se explotan en el campo de los sensores ( temperatura , presión ,  etc. ), en imágenes y en iluminación .

• Como guía de luz, se hace referencia a componentes transparentes como fibras, tubos o varillas para transportar la luz a distancias cortas o largas. El tubo de luz es por reflejo en la interfaz de la guía de luz. Por reflexión total debido a un índice de refracción más bajo del medio que rodea la guía de luz o reflejando la interfaz o logrado por un gradiente de refracción adecuado.

Las fibras ópticas se utilizan principalmente en telecomunicaciones como medio de transmisión para sistemas de comunicación por cable en redes de fibra óptica y, debido a que alcanzan rangos y velocidades de transmisión más altas, han reemplazado la transmisión eléctrica en cables de cobre en muchas áreas. Las fibras ópticas también se utilizan ampliamente en otras áreas, como, entre otras.

Para la transmisión de energía como un cable de guía de luz para el transporte flexible de radiación láser para el procesamiento de materiales y en medicina.

Con fines de iluminación e imagen , entre otros, en iluminadores de microscopio , cables ópticos y guías de imágenes en endoscopios, así como para dispositivos e iluminación de edificios y con fines decorativos

En metrología como parte de sensores de fibra óptica , en espectrómetros y otros dispositivos de medición óptica .

Historia 

La posibilidad de transportar la luz a lo largo de finas fibras de vidrio se hizo funcionar durante la primera mitad del siglo XX . En 1927 , Baird y Hansell intentaron desarrollar un dispositivo de imagen de televisión basado en fibra. Hansell pudo patentar su invento , pero nunca se usó realmente. Unos años más tarde, en 1930 , Heinrich Lamm logró transmitir la imagen de un filamento de lámpara eléctrica a través de un conjunto rudimentario de fibras de cuarzo . Sin embargo, todavía era difícil en ese momento concebir que estas fibras de vidrio pudieran encontrar una aplicación.

La primera aplicación exitosa de fibra óptica tuvo lugar a principios de la década de 1950 , cuando el fibroscopio flexible fue inventado por Abraham van Heel y Harold Hopkins . Este aparato permitió la transmisión de una imagen a lo largo de las fibras de vidrio. Fue utilizado particularmente en endoscopia , para observar el interior del cuerpo humano e inspeccionar soldaduras en motores a reacción . Desafortunadamente, la transmisión no se pudo hacer a larga distancia dada la mala calidad de las fibras utilizadas. En 1957 , el fibroscopio ( endoscopio médico) fue inventado por Basil Hirschowitz en los Estados Unidos .

Las telecomunicaciones de fibra óptica se mantuvieron imposibles hasta la invención del láser en 1960 . El láser ofrecía la posibilidad de transmitir una señal a gran distancia con una pérdida muy baja y dispersión espectral. En su publicación de 1964, Charles Kao , de los Laboratorios de Telecomunicaciones Estándar , describió un sistema de comunicación de larga distancia y baja pérdida utilizando el uso combinado de láser y fibra óptica. Poco después, en 1966 , demostró experimentalmente, con la colaboración de Georges Hockman , que era posible transportar información a larga distancia en forma de luz a través de fibra óptica. Esta experiencia a menudo se considera como la primera transmisión de datos de fibra óptica. Sin embargo, las pérdidas en esta fibra óptica fueron tales que la señal desapareció después de unos pocos centímetros, no por pérdida de luz, sino porque las diferentes rutas de reflexión de la señal contra las paredes finalmente perdieron la fase. Esto todavía  hacía incómodo el proceso en comparación con el alambre de cobre tradicional. La pérdida de fase debido al uso de una fibra de vidrio homogénea fue el principal obstáculo para el uso actual de fibra óptica. En Francia, la primera tesis doctoral sobre el tema fue apoyada en Enero de 1969 por Luigi d'Auria en la Universidad de Toulouse.

En 1970 , tres científicos de la empresa Corning Glass Works de Nueva York , Robert Maurer, Peter Schultz y Donald Keck, produjeron la primera fibra óptica con pérdida de fase suficientemente baja para su uso en redes de telecomunicaciones (20 decibelios por kilómetro) . Su fibra óptica podía transportar 65,000 veces más información que un solo cable de cobre, lo que correspondía a la relación de las longitudes de onda utilizadas.

El primer sistema óptico de comunicación telefónica se instaló en el centro de Chicago en 1977.  En Francia, la DGT instaló en 1980 el primer enlace óptico en París entre las centrales telefónicas de Tuileries y Philippe-Auguste. 

Se estima que desde 2005 más del 80% de las comunicaciones de larga distancia se transportan a lo largo de más de 25 millones de kilómetros de cable de fibra óptica en todo el mundo. En la primera fase ( 1984 a 2000 ), la fibra óptica se limitó a la interconexión de centrales telefónicas, lo que solo requería un alto rendimiento. Sin embargo, con la disminución de los costos causada por su producción en masa y las crecientes necesidades de las personas en muy alta velocidad, desde 1994  y 2005 fue posible su llegada a las casas privadas  :

• DFA para el servicio de fibra del suscriptor , 

• FTTH (  fibra hasta el hogar ), 

• FTTB (  la fibra hasta el edificio ), 

• FTTC (  de fibra hasta la acera ),  etc.

Las fibras multimodo (multiples caminos de luz), en las que se pueden propagar varios miles de modos (caminos de luz), tienen un perfil de haz altamente estructurado En las fibras monomodo (un solo camino de luz), que tienen un diámetro de núcleo muy pequeño, solo se puede propagar el llamado modo fundamental , cuya intensidad en la dirección radial se distribuye aproximadamente de manera normal . El número de modos(caminos) que ocurren afecta la transmisión de la señal, ya que cada modo toma una longitud diferente de trayectoria de luz. Por lo tanto, las fibras multimodo de longitud creciente muestran una mayor corrupción de la señal ( dispersión de modo ) que las fibras monomodo, que son más adecuadas para la transmisión de señal a largas distancias.

Ventajas y desventajas de la fibra óptica sobre la tecnología del cobre

El triunfante avance de la tecnología de fibra óptica se basa en las ventajas decisivas de la transmisión óptica sobre la transmisión eléctrica basada en cable de cobre más antigua. Las principales ventajas son las velocidades de transmisión posibles considerablemente más altas (Gigabit a Terabit por segundo), con rangos posibles simultáneamente muy grandes (hasta varios cientos de kilómetros sin repetidor). Esto a su vez requiere cables más ligeros y menos espacio, así como menos repetidores, lo que reduce significativamente los costos de instalación y mantenimiento.

Otras ventajas son:

• sin interferencia de señal a las fibras adyacentes ( diafonía )

• sin influencia de los campos de interferencia electromagnética, qué u. a. La combinación con componentes de transmisión DC de alto voltaje hace posible

• no requiere conexión a tierra y aislamiento galvánico de los componentes conectados

• sin incendios causados por rayos o cortocircuitos y menor carga de fuego, así como en entornos explosivos (se aplican restricciones cuando se usan potencias ópticas más altas, que escapan en los puntos de acoplamiento o rotura de fibras y pueden causar incendios o explosiones en casos desfavorables )

• alto esfuerzo de monitoreo

Las desventajas son los mayores costos de ensamblaje y la mayor precisión y cuidado requeridos en la colocación e instalación, que requiere una tecnología de equipo costosa, así como una tecnología de medición compleja, por lo que la “Fibra óptica en el escritorio” no se usa ampliamente.

Otras desventajas son:

• sensible a la tensión mecánica y a las restricciones durante la instalación, ya que no son posibles curvaturas fuertes (muy dependientes del tipo, por ejemplo, para la tecnología médica hay tipos especiales para videoendoscopia )

• La alimentación a través de Ethernet no es posible.

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Bibliografia:

www.wikipedia.org

Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2003.

Nueva Enciclopedia Tematica Grolier 2012

https://www.ecured.cu 

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