Historia de la fibra óptica (I)

Introducción

Las ondas de luz son una forma de energía electromagnética y la idea de transmitir información por medio de luz, como portadora, tiene más de un siglo de antigüedad. Hacia 1880, Alexander G. Bell construyó el fotófono que enviaba mensajes vocales a corta distancia por medio de la luz. Sin embargo, resultaba inviable por la falta de fuentes de luz adecuadas.

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. Los primeros experimentos sobre transmisión atmosférica pusieron de manifiesto diversos obstáculos como la escasa fiabilidad debida a precipitaciones, contaminación o turbulencias atmosféricas.

El empleo de fibras de vidrio como medio guía no tardó en resultar atractivo: tamaño, peso, facilidad de manejo, flexibilidad y coste. En concreto, las fibras de vidrio permitían guiar la luz mediante múltiples reflexiones internas de los rayos luminosos, sin embargo, en un principio presentaban elevadas atenuaciones.

En 1966 se produce un gran hito para los que serán las futuras comunicaciones por fibra óptica, y es la publicación por Kao y Hockman de un artículo en el cual se señalaba que la atenuación observada hasta entonces en las fibras de vidrio, no se debía a mecanismos intrínsecos sino a impurezas originadas en el proceso de fabricación.

A partir de esta fecha empiezan a producirse eventos que darán como resultado final la implantación y utilización cada vez mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los cables de cobre:

• 1970 Corning obtiene fibras con atenuación 20 dB/km.
• 1972 Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 dB/km.
• 1973 Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 dB/km y deja obsoletas a las de núcleo líquido.
• 1976 NTT y Fujikura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47 dB/km en 1.300 nm, muy próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh).
• 1979 Se alcanzan atenuaciones 0,12 dB/km con fibras monomodo en 1550 nm. También en 1975 se descubría que las F.O. de SiO2 presentan mínima dispersión en torno a 1300 nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda para la transmisión, en cuanto la dispersión del material de la fibra constituye un factor intrínseco limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las F.O. también estimularon la investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo consumo y tamaño reducido:
• 1970 Primer láser de AIGaAs capaz de operar de forma continua a temperatura ambiente. Sin embargo, el tiempo de vida medio era de unas pocas horas. Desde entonces, los procesos han mejorado y hoy es posible encontrar diodos láser con más de 1.000.000 horas de vida media.
• 1971 C.A. Burrus desarrolla un nuevo tipo de emisor de luz, el LED, de pequeña superficie radiante, idóneo para el acoplamiento en F.O. Por lo que se refiere a los fotodetectores, los diodos PIN y los de avalancha a base de Si, fueron desarrollados sin dificultades y ofrecían buenas características. Sin embargo, no podían aplicarse en longitud de onda > 1100 nm. El Ge era un buen candidato a ser utilizado para trabajar entre 1100 y 1600 nm, y ya en 1966 se disponía de ellos con elevadas prestaciones eléctricas. Sin embargo, la corriente de oscuridad (ruido) del Ge es elevada y da motivo a ensayos con fotodiodos con materiales como InGaAsP. El primer PIN de InGaAs se realiza en 1977.

Ventajas de las comunicaciones por fibra óptica

Existen principalmente tres implementaciones diferentes del canal físico. Estas son el par trenzado, el coaxial y la fibra óptica.

Será por tanto, importante justificar la utilización de la fibra óptica, ya que de su elección vendrán determinadas las especificaciones del sistema final. Aquí solo comentaremos algunas de las ventajas más importantes de este medio, como son:

Comunicación por fibra óptica

Ancho de banda: la capacidad potencial de transportar información crece con el ancho de banda del medio de transmisión y con la frecuencia de portadora. Las fibras ópticas tienen un ancho de banda de alrededor de 1 THz, aunque este rango está lejos de poder ser explotado hoy día. De todas formas el ancho de banda de las fibras excede ampliamente al de los cables de cobre.

Bajas pérdidas: las pérdidas indican la distancia a la cual la información puede ser enviadas. En un cable de cobre, la atenuación crece con la frecuencia de modulación. En una fibra óptica, las perdidas son las mismas para cualquier frecuencia de la señal hasta muy altas frecuencias.

Inmunidad electromagnética: la fibra no irradia ni es sensible a las radiaciones electromagnéticas, ello las hace un medio de transmisión ideal cuando el problema a considerar son las EMI.

Seguridad: Es extremadamente difícil intervenir una fibra, y virtualmente imposible hacer la intervención indetectable, por ello es altamente utilizada en aplicaciones militares.

Comparación entre un cable de cobre y otro de fibra óptica

Bajo peso: Un cable de fibra óptica pesa considerablemente menos que un conductor de cobre. básicamente esta sería una buena comparación.

• Cable de cobre de 200 pares (0,5-EAP), diámetro exterior de 30 mm y peso aproximado de 1000 Kg por Km.
• Cable de Fibra de 12 fibras (CDI), diámetro exterior de 6,5 mm y peso aproximado de 37 Kg por Km.

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