Fibra óptica
- TEST: ¿Verdadero o falso?
- EXTRA: La fibra óptica en endoscopia
- BIBLIO: Bibliografia (1)
Fibra óptica
¿Qué es la fibra óptica?
A la hora de hablar de sistemas de telefonía, televisión por cable o Internet a menudo hemos oído hablar de la fibra óptica. Las líneas que conforman la fibra óptica son largos filamentos de vidrio, del espesor de un pelo humano, que transportan información digital. El conjunto de dichos filamentos de vidrio se denomina cable óptico y transmite señales de luz. La fibra óptica se utiliza también en las inspecciones de ingeniería mecánica y en medicina
Si observamos de cerca una fibra óptica, distinguiremos las siguientes partes: el núcleo o parte central cilíndrica de vidrio, que transporta la luz; el revestimiento o la zona externa al núcleo que refleja la señal de luz de nuevo hacia el núcleo y, por último, una envoltura de plástico que protege la fibra de cualquier peligro o humedad. Por otro lado, el conjunto de filamentos que compone la fibra óptica también esta cubierta por otra capa.
Estructura de un cable de fibra óptica
Se conocen dos tipos de fibra óptica: aquellas fibras formadas por pequeños núcleos y que transmiten rayos láser infrarrojos y aquellas que constan de un gran núcleo y que transmiten rayos infrarrojos creados por LED o diodos emisores de luz. Además, existen también fibras ópticas de plástico. Dichas fibras cuentan con un gran núcleo y transmiten rayos de luz roja visible que emiten diodos LED.
¿Cómo transmite la luz la fibra óptica?
Imaginemos que queremos iluminar un largo y estrecho pasillo con una linterna; si enfocamos la linterna hacia el pasillo en dirección recta, la luz también se emitirá en línea recta. ¿Qué pasaría, en cambio, si el pasillo tuviera una curva? Tendríamos que poner un espejo en la curva, de esa manera, el rayo de luz se reflejaría en el espejo y continuaría por el pasillo. ¿Y si el pasillo estuviera lleno de curvas? Tendríamos que recubrir las paredes de espejos; así, el rayo de luz iría reflejándose y rebotando de una pared a otra a través del pasillo. Eso es exactamente lo que sucede con la fibra óptica.
Para poder comprender la transmisión que se realiza dentro de la fibra óptica, debemos recordar qué es la refracción: supongamos que tenemos dos medios, aire y agua, por ejemplo. Cuando un rayo de luz cruza de uno a otro medio, éste cambia su dirección de propagación.
La refracción
Este ángulo de desviación es función de la relación entre los índices de refracción de los dos medios. El índice de refracción de un medio es el conciente entre la velocidad de la luz en el vacio c y la velocidad de la luz en dicho medio v (n=c/v). En este sentido, puede suceder que cuando el rayo alcanza la superficie que divide los dos medios, a partir de cierto valor de dicho ángulo no se refracte, es decir, no se propague en el segundo medio, si no que se interne en el primer medio. Este fenómeno es denominado reflexión total.
Reflexión total
Eso es lo que sucede en la zona externa del núcleo de la fibra óptica. En lugar de salir al exterior, el rayo de luz continúa dentro de la fibra, y cuando alcanza de nuevo la zona externa sucede otro tanto, y así sucesivamente.
Cómo viajan los rayos de luz dentro de la fibra óptica.
De esa manera, la onda de luz puede recorrer largas distancias. Sin embargo, estas señales luminosas puede ir debilitándose dentro de la fibra por dos grandes razones: la impureza del vidrio y la longitud de onda de la luz emitida.
Para comprender cómo es utilizada la fibra óptica en los sistemas de comunicaciones, imaginemos dos buques de una armada que quieren comunicarse entre ellos sin utilizar la radio, estando inmersos en un mar tempestuoso. Uno de los buques se acerca al otro. El capitán de uno de los buques envía un mensaje en su idioma a un marinero que se encuentra en la cubierta del barco. El marinero traduce el mensaje al código Morse (puntos y rayas) y lo transmite al segundo buque. El marinero que está en la cubierta del segundo buque recibe el mensaje en Morse, lo traduce a su idioma y se lo hace llegar al capitán.
Ahora, supongamos que queremos hacer lo mismo, pero entre dos buques que se encuentras a miles de kilómetros de distancia y los dos cuentan con el sistema de comunicación de fibra óptica. Este sistema se basa en los siguientes pasos:
La fibra óptica guía la señal de luz.
El transmisor produce y codifica la señal; al igual que el marinero del primer buque. Éste dirige el encendido y apagado de la luz en la secuencia correcta, creando la señal de luz. A veces, lleva una lente en el interior de la fibra para dirigir la luz. El láser es más potente que el LED, pero es cambiante con la temperatura y mucho más costoso.
El regenerador óptico amplifica la señal. Cuando la luz recorre grandes distancias a través de la fibra óptica va perdiendo intensidad, por ejemplo, en un cable submarino. Entonces, se añaden al cable uno o más regeneradores, para amplificar las señales luminosas. Un regenerador está constituído por un revestimiento especial cargado de moléculas con una substancia dopante. La señal que recorre la fibra está debilitada pero mantiene sus características. Cuando las moléculas dopantes de la envoltura especial del regenerador son iluminadas externamente con un láser, se convierten en emisoras de gran intensidad. Entonces, aumenta la intensidad de la señal que recorre la fibra sin cambiar sus características anteriores. De esa manera, se produce una amplificación de la señal en el regenerador.
El receptor óptico, al igual que el marinero del segundo buque, recibe las señales digitales de luz, las descodifica y se las transmite a los usuarios de ordenadores, televisión o radio (capitán del segundo buque). Los receptores utilizan fotocélulas y fotodiodos para captar la señal.
Ventajas de la fibra óptica
La utilización de la fibra óptica ha revolucionado el mundo de las telecomunicaciones. ¿Por qué? Porque, comparando con el cable de cobre que se ha utilizado hasta ahora, la fibra óptica ha supuesto grandes ventajas: por un lado, la fibra óptica es más barata que el cable de cobre y ocupa menos espacio, por tanto, un único cable puede transportar más línes telefónicas y una televisión por cable puede tener más cadenas de televisión.
Por otro lado, la señal tiene menos riesgos de debilitarse utilizando la fibra óptica y no se producirán interferencias entre los diferentes filamentos de un mismo cable; por tanto, la señal será más clara.
La fibra óptica es la más adecuada para transmitir información digital y al carecer de señales eléctricas, no hay peligro de incendios. Además, la flexibilidad de la fibra posibilita su uso en diversas tipos de cámaras digitales: sistemas de imágenes médicas (endoscopias, laparoscopias, etc.) sistema de imágenes de mecánica (para revisar las soldaduras mecánicas en tuberías y motores de aviones, coches, transbordadores espaciales, etc.) o fontanería (revisión de alcantarillado).
Debido a todas estas ventajas la fibra óptica ha irrumpido con gran fuerza en muchos ámbitos de la industria, las telecomunicaciones y las redes informáticas.
Sensores de fibra óptica para robots
Sensor de proximidad de fibra óptica
Los robots industriales muchas veces deben asir piezas con sus pinzas. Para ello deben conocer la posici oacute n de las piezas con toda precisi oacute n. Los sistemas de visión a base de cámaras ayudan a conseguirlo, pero no ofrecen datos muy precisos. Un procedimiento ara conocer con precisión la posición del objeto es tocarlo, pero muchas veces esto no es posible. Para resolver el problema se han desarrollado sensores de proximidad. Estos sensores permiten determinar con exactitud la distancia y la orientación de la pieza respecto de la pinza. En estos sensores la luz emitida por una fuente de luz es transmitida a través de fibra óptica.
La fibra óptica en las telecomunicaciones
Instalando el cable de fibra ptica de Euskaltel en Tolosa.
Hoy en día la fibra óptica es un componente fundamental en las infraestructuras de telecomunicaciones, porque es capaz de transmitir grandes cantidades de información por unidad de tiempo y porque incluso en recorridos largos la señal se atenúa poco.
La fibra óptica se emplea en diversos campos de las telecomunicaciones: en telefonía convencional de voz para encaminar las conversaciones, para transmitir datos en redes públicas y privadas. Cuando comenzaron a instalar fibra óptica en EEUU en la década de 1980 se conseguían velocidades de 90Mb/s. A esa velocidad una sola fibra óptica puede servir para transmitir 1.300 conversaciones simultáneas. Hoy en día esos sistemas son capaces de ofrecer velocidades por encima de los 10 Gb/s, lo que supone poder mantener mediante una sola fibra oacute ptica 130.000 conversaciones simult aacute neas. La tecnolog iacute a est aacute aportando mejoras constantemente con lo que ya se consiguen velocidades de 1.000 Gb/s para distancias incluso por encima de los 100 km. Eso quiere decir que por una fibra oacute ptica se pueden transmitir 13 millones de conversaciones simult aacute neas o transmitir 100.000 libros a una distancia de 6.000 km en un segundo.
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