Fibra óptica. N15

Definición

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

La fibra óptica ha reemplazado a los cables de cobre por su costo/beneficio.

Ventajas de la fibra óptica:

• Gran velocidad de transmisión de datos.
• No se ve afectada por ruido ni interferencias.
• Son más ligeros que los cables metálicos.
• La línea carece de electricidad (también es una desventaja).
• Mayor seguridad en la transmisión de datos.

Desventajas:

• Se usan transmisores y receptores más caros.
• Los empalmes entre fibras son difíciles.
• La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas.
• No transmite electricidad (también es una ventaja), así que no puede alimentar dispositivos.

En este vídeo podemos observar el funcionamiento de la fibra óptica.

Historia

Con la invención y construcción del láser en la década de los 60 volvió a tomar idea la posibilidad de utilizar la luz como soporte de comunicaciones fiables y de alto potencial de información, debido a su elevada frecuencia portadora 1014 Hz. Por entonces, empezaron los estudios básicos sobre modulación y detección óptica.

El físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro de un material (agua), curvándose por reflexión interna, y en 1870 presentó sus estudios ante los miembros de la Real Sociedad. A partir de este principio se llevaron a cabo una serie de estudios, en los que demostraron el potencial del cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia.

El empleo de fibras de vidrio como medio guía no tardó en resultar atractivo para su empleo en un primitivo sistema de televisión de colores.

Charles Kao, en su tesis doctoral de 1966, estimó que las máximas pérdidas que debería tener la fibra óptica, para que resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 dB/km, y que la atenuación no se debía a mecanismos intrínsecos sino a impurezas originadas en el proceso de fabricación.

La creación de la fibra óptica empieza con largos tubos de vídrio, después se sumerge en un baño de ácido fluorhídrico. Después se insertan en un torno, mientras giran se calientan con una llama de hidrógeno y oxígeno. A dos mil grados centígrados los tubos se fusionan y se les inserta un grupo de gases químicos.

Aplicaciones

• Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales y joyas, pasando por sensores y llegando a usos decorativos, como árboles de Navidad, veladores y otros elementos similares. Aplicaciones de la fibra monomodo: Cables submarinos, cables interurbanos, etc.

• 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.

• 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.

• 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: -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.

Otras funciones 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.

• 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.

Funcionamiento

Reflexión total y refracción

Reflexión total

En el interior de la fibra óptica, el haz de luz se refleja contra las paredes en ángulos muy abiertos, así que prácticamente avanza por su centro. Esto permite transmitir las señales casi sin pérdida por largas distancias. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. Sabemos que siempre que pasa un rayo de un medio más denso a otro menos denso, el refractado se aparta de la normal. Esto quiere decir, que el ángulo de incidencia será menor que el de refracción. Llegará el momento en que a un ángulo de incidencia menor de 90º le corresponda un ángulo de refracción de 90º, que salga rasante a la superficie. A esto se le llama ángulo límite. Así, cualquier rayo con un ángulo de incidencia mayor que el ángulo límite, se reflejara en lugar de refractarse. A este fenómeno se le denomina reflexión total.

Diferencias entre la reflexión total y la reflexión normal

En la normal la energía se reparte entre el rayo refractado y el reflejado, sin embargo en la reflexión total, el rayo reflejado lleva toda la energía del rayo incidente.

Agradecimientos

Agradecemos al señor Eduardo Magallón y a la señorita Irene Ariza el habernos enseñado lo necesario para entender y poder realizar este trabajo.

Bibliografía

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Imagen de la fibra óptica. De: http://www.arqhys.com/wp-content/fotos/2011/11/La-red-de-fibra-%C3%B3ptica-y-La-arquitectura.jpg

Imagen de el uso de la fibra óptica en medicina. De: http://html.rincondelvago.com/0002652918.png

Imagen de la Reflexión total y refracción. De: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/75/ReflexionTotal.svg/300px-ReflexionTotal.svg.png

Vídeo. Trucos y manuealidades (9/05/2012. Cómo se fabrica fibra óptica.mp4. Consultado el 18 de diciembre. En: https://www.youtube.com/watch?v=5MaOIDosF2k