Las investigaciones en el campo de la electrónica y las comunicaciones encuentran en la tecnología de la fibra óptica un interesante campo de experimentación. La fibra óptica es un filamento cilíndrico transparente, fabricado en vidrio, que posee la propiedad de propagar las ondas electromagnéticas colocadas en el espectro visible

Fundamento de las tecnologías ópticas

La comunicación entre dispositivos electrónicos se verifica a través de ondas electromagnéticas. Cuanto mayor es la frecuencia de la onda mayor cantidad de información puede ser transmitida. Dado que la luz es  también una onda electromagnética, cuya frecuencia es muy elevada, el flujo de información que transporta es, consecuentemente, muy superior al que se obtendría utilizando otros tipos de ondas.

Los cables de fibra óptica se emplean para la iluminación de espacios de difícil acceso (por ejemplo, en las operaciones de microcirugía), para la transmisión de imágenes (es el caso de la televisión por cable) e informaciones y, de manera especial, en el ámbito de las telecomunicaciones por láser.

Componentes de la fibra óptica

Las fibras ópticas están formadas por dos elementos: un núcleo cilíndrico y una funda envolvente, denominada vaina. Ambos componentes se fabrican en vidrio aunque siguiendo procesos distintos, puesto que es necesario que el índice de refracción difiera en uno y otro. De este modo, la velocidad a la que viajan las ondas es distinta en el núcleo y en la vaina. La mezcla del vidrio con materiales impuros determina las variaciones en el índice de refracción.

El diámetro de una fibra óptica oscila entre los 10 y los 100 micrómetros un micrómetro equivale a la millonésima parte de un metro—; la unión de fibras ópticas determina la formación de haces que pueden ser rígidos o flexibles, y transmitir . -tanto la luz como imágenes o informaciones, dependiendo de las aplicaciones.

El índice de refracción del material con el que está fabricada caracteriza una fibra óptica; asimismo, ha de tenerse en cuenta la caída de la señal que las atraviesa, que se encuentra estrechamente relacionada con su longitud y con la frecuencia de la radiación empleada.

Tipos de fibra óptica

Fibras de Índice abrupto

En las fibras de índice abrupto la velocidad a la que se propagan las ondas electromagnéticas es inferior en el núcleo con respecto a la envoltura. Cuando los rayos penetran en la fibra con un ángulo pequeño, rebotan al chocar con las paredes, en función de la diferencia del índice de refracción entre ambos componentes. Por el contrario, si el ángulo de penetración de la radiación electromagnética es elevado, los rayos se pierden. Es también el ángulo de entrada del rayo de luz lo que determina la velocidad de transmisión. Así, si su dirección es paralela al eje de la fibra, "viaja" más rápidamente; si, por el contrario, penetra desviado, describe una trayectoria más larga, puesto que avanzará rebotando en los puntos de unión del núcleo y la vaina. En este caso, la señal luminosa se pierde progresivamente en función de la distancia. Para solucionar el problema es necesario incorporar al sistema repetidores de la señal, a determinadas distancias.

Fibras de Indice gradual

A diferencia de lo que ocurre con las fibras de índice abrupto, en este caso el índice de refracción del núcleo no es constante, sino variable: es mayor en el centro y menor en el borde —lo que determina un incremento en la velocidad de la luz—. De esta manera se igualan las velocidades de los rayos, sin que el factor «ángulo de entrada» sea determinante.

En síntesis, en las fibras de índice abrupto la luz viaja por el núcleo, pero el desfase producido entre las ondas provoca pérdidas al cabo de pocos kilómetros, puesto que no todos los rayos recorren la misma distancia: unos pueden viajar rectos, mientras otros, al rebotar en las paredes, recorren un camino en zigzag y, consecuentemente, mayor distancia. Esta cuestión se soluciona en las fibras de índice gradual, haciendo que la velocidad aumente en las partes laterales, para compensar así la mayor longitud del camino a recorrer. En cada punto de la fibra la velocidad es inversamente proporcional al índice de refracción.

Aplicaciones

Fibras conductoras de luz

La aplicación más característica de los cables de fibra óptica para la transmisión de luz se da en el campo de la medicina; específicamente, en la iluminación de instrumentos como los endoscopios, destinados al examen visual de cavidades o conductos internos del organismo. Los haces dé fibra óptica constituyen, en este caso, sistemas flexibles. Su principal ventaja es la posibilidad de hacer llegar la luz hasta el punto deseado, sin que ello implique una aportación de calor.

Fibras conductoras de imágenes

Para la transmisión de imágenes las fibras del haz han de aparecer ordenadas, no simplemente yuxtapuestas, como sucede en el caso de la conducción de la luz. Efectivamente, si la posición relativa de las fibras es idéntica en los dos extremos del haz, resulta posible que la imagen formada en el primer extremo se propague hacia el final del sistema, con un grado de nitidez que viene determinado por el diámetro de cada fibra individual. La longitud habitual de estos conjuntos ordenados de haces, también flexibles, oscila entre 50 cm y 1 m de longitud.

Fibras conductoras de información

A mediados de los años sesenta del siglo XX comenzó a pensarse en la posibilidad de transmitir a gran distancia la luz modulada por señales, utilizando para ello fibras ópticas. No obstante, los primeros resultados en este nuevo ámbito de experimentación se produjeron ya en la década siguiente, gracias a la obtención de fibras con un elevado grado de transparencia, que determinaran pérdidas suficientemente pequeñas. En un principio, el sistema se utilizó para transmisiones entre puntos cercanos —dentro, por ejemplo, de una aeronave—. Sucesivos avances en este campo dejaron patente, á comienzos de los ochenta, la posibilidad cercana de sustituir el cableado coaxial por cables de fibra óptica. La reducción de las dimensiones y el peso del sistema, además de una mayor insensibilidad a las perturbaciones derivadas de eventuales campos magnéticos, se revelaron pronto como las principales ventajas de esta sustitución.

Asimismo, la introducción de cables de fibra óptica permitía un considerable ahorro de cobre y aseguraba, sin necesidad de recurrir a amplificaciones intermedias, un alcance muy superior al obtenido con los pares coaxiales.

Conexiones telefónicas

La introducción de cables de fibra óptica en las conexiones telefónicas, donde la señal ya no está constituida por una corriente eléctrica, sino por una onda luminosa, ofrece la posibilidad de transmitir impulsos en cantidad y calidad decididamente mayor, además de a una velocidad más elevada. El proceso requiere la instalación de una amplia red de fibras ópticas. Este proyecto, hoy en vías de realización, lleva el nombre de cableado y constituye un paso importante que cambiará sensiblemente los hábitos y costumbres del hombre, ahora en el centro de la revolución telemática.

La televisión por cable y las autopistas de información

En ambos campos, la tecnología de la fibra óptica ofrece interesantes posibilidades. La televisión por cable implica un cambio en la forma de transmisión de la señal, que, en lugar de propagarse a distancia, circula por cables. En un principio, se emplearon pequeños cables coaxiales normales, análogos a los utilizados para la telefonía; hoy, en cambio, se utilizan cables de fibra óptica que permiten una transmisión más rápida.

Asimismo, las autopistas de la información son posibles gracias a la sustitución del tradicional hilo metálico por los cables de fibra óptica. En este tipo de conexión, las señales circulan en forma digital, formadas esencialmente por secuencias de ceros y unos que sustituyen a las anteriores señales de tipo analógico.