miniatura|Fibra óptica. A fibra óptica (FO, en inglés Optical Fiber, OF) é un filamento transparente e delgado, usualmente feito de vidro ou plástico para transmitir sinais de luz a través de centos ou miles de quilómetros. A fibra óptica é un dos elementos clave na revolución das telecomunicacións ópticas.
A fibra óptica é un medio de transmisión, empregado habitualmente en redes de datos e telecomunicacións, consiste nun fío moi fino de material transparente, vidro ou materiais plásticos, polo que se envían pulsos de luz que representan os datos para transmitir. O feixe de luz queda completamente confinado e propágase polo interior da fibra cun ángulo de reflexión por encima do ángulo límite de reflexión total, en función da lei de Snell. A fonte de luz pode ser un láser ou tamén díodo led. As fibras utilízanse amplamente en telecomunicacións, xa que permiten enviar gran cantidade de datos a unha gran distancia, con velocidades similares ás da radio e superiores ás dun cable convencional. Son o medio de transmisión por cable máis avanzado, ao ser inmune ás interferencias electromagnéticas, e tamén se utilizan para redes locais onde se necesite aproveitar as vantaxes da fibra óptica sobre outros medios de transmisión.
Historia miniatura|Empalme de fibra óptica de Telefónica, A Coruña Os antigos gregos usaban espellos para transmitiren información, de modo rudimentario, usando luz solar. En 1792, Claude Chappe deseñou un sistema de telegrafía óptica, que, mediante o uso dun código, torres e espellos distribuídos ao longo dos 200 km que separan a Lille de París, conseguía transmitir unha mensaxe en tan só 16 minutos. Aínda que en 1820 eran coñecidas as ecuacións polas que se rexe a captura da luz dentro dunha placa de cristal lisa, non sería ata 90 anos máis tarde (1910) cando estas ecuacións se aplicaron cara aos chamados cables de vidro grazas aos traballos dos físicos Demetrius Hondros e Peter Debye en 1910.
O confinamento da luz por refracción, o principio que posibilita a fibra óptica, foi demostrado por Jean-Daniel Colladon e Jacques Babinet en París nos comezos da década de 1840. O físico inglés John Tyndall descubriu que a luz podía viaxar dentro da auga, curvándose por reflexión interna, e en 1870 presentou os seus estudos ante os membros da Real Sociedade. A partir deste principio levaron a cabo unha serie de estudos, nos que se demostrou o potencial do cristal como medio eficaz de transmisión a longa distancia. Ademais, desenvolvéronse unha serie de aplicacións baseadas no devandito principio para iluminar correntes de auga en fontes públicas. Máis tarde, o enxeñeiro escocés John Logie Baird rexistrou patentes que describían a utilización de bastóns sólidos de vidro na transmisión de luz, para o seu emprego no seu sistema electromecánico de televisión a cores. Con todo, as técnicas e os materiais usados non permitían a transmisión da luz con bo rendemento. As perdas de sinal óptico eran grandes e non había dispositivos de axuste óptico.
Foi en 1950 cando as fibras ópticas comezaron a interesar aos investigadores, con moitas aplicacións prácticas que estaban a ser desenvolvidas. En 1952, o físico Narinder Singh Kapany, apoiándose nos estudos de John Tyndall, realizou experimentos que conduciron á invención da fibra óptica.
Un dos primeiros usos da fibra óptica foi empregar un feixe de fibras para a transmisión de imaxes, que se usou no endoscopio. Usando a fibra óptica, conseguiuse un endoscopio semiflexible, o cal foi patentado pola Universidade de Míchigan en 1956. Neste invento usáronse unhas novas fibras forradas cun material de baixo índice de refracción, xa que antes se impregnaban con aceites ou ceras. Nesta mesma época, empezáronse a utilizar filamentos delgados como o cabelo que transportaban luz a distancias curtas, tanto na industria como na medicina, de forma que a luz podía chegar a lugares que doutra forma serían inaccesibles. O único problema era que esta luz perdía ata o 99% da súa intensidade ao atravesar distancias de ata 9 metros de fibra.
Charles K. Kao, na súa tese doutoral de 1956, estimou que as máximas perdas que debería ter a fibra óptica, para que resultase práctica en ligazóns de comunicacións, eran de 20 decibeis por quilómetro.
En 1966, nun comunicado dirixido á Asociación Británica para o Avance da Ciencia, os investigadores Charles K. Kao e George Hockham, dos laboratorios Standard Telecommunications, en Inglaterra, afirmaron que se podía dispoñer de fibras dunha transparencia maior e propuxeron o uso de fibras de vidro e de luz, no canto de electricidade e condutores metálicos, na transmisión de mensaxes telefónicas. A obtención de tales fibras esixiu grandes esforzos dos investigadores, xa que as fibras ata entón presentaban perdas da orde de 100 dB/km, ademais dunha banda pasante estreita e unha enorme fraxilidade mecánica. Este estudo constituíu a base para reducir as perdas dos sinais ópticos que ata o momento eran moi significativas e non permitían o aproveitamento desta tecnoloxía. Nun artigo teórico, demostraron que as grandes perdas características das fibras existentes debíanse a impurezas diminutas intrínsecas do cristal. Como resultado deste estudo foron fabricadas novas fibras con atenuación de 20 dB/km e unha banda pasante de 1 Ghz para unha largura de 1 km, coa perspectiva de substituír os cables coaxiais. A utilización de fibras de 100 µm de diámetro, envolvidas en fibras de nailon resistente, permitirían a construción de fíos tan fortes que non podían romper coas mans. Hoxe xa existen fibras ópticas con atenuacións tan pequenas de ata 1 dB/km, o que é moitísimo menor cás perdas dun cable coaxial.
En 1970, os investigadores Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz, ademais de Frank Zimar que traballaban para Corning Glass, fabricaron a primeira fibra óptica aplicando impurezas de titanio en sílice, con centos de metros de largura coa claridade cristalina que Kao e Hockman propuxeran, aínda que as perdas eran de 17 dB/km. Durante esta década, as técnicas de fabricación melloráronse, conseguindo perdas de tan só 0,5 dB/km.
Pouco despois, os físicos Morton B. Panish e Izuo Hayashi, dos Laboratorios Bell, mostraron un láser de semicondutores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. Ademais, John MacChesney e os seus colaboradores, tamén dos laboratorios Bell, desenvolveron independentemente métodos de preparación de fibras. Todas estas actividades marcaron un punto decisivo xa que agora existían os medios para levar as comunicacións de fibra óptica fóra dos laboratorios ao campo da enxeñaría habitual. Durante a seguinte década, a medida que continuaban as investigacións, as fibras ópticas melloraron constantemente a súa transparencia.
O 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics enviou a primeira transmisión telefónica a través de fibra óptica, en 6 Mbit/ s, en Long Beach, California.
Un dispositivo que permitiu o uso da fibra óptica en conexións interurbanas, reducindo o seu custo, foi o amplificador óptico inventado por David N. Payne, da Universidade de Southampton, e por Emmanuel Desurvire nos Laboratorios Bell. A ambos os dous se lles concedeu a Medalla Benjamin Franklin en 1988.
En 1980, as mellores fibras eran tan transparentes que un sinal podía atravesar 240 quilómetros de fibra antes de debilitarse ata ser indetectable. Pero as fibras ópticas con este grao de transparencia non se podían fabricar usando métodos tradicionais. Outro avance produciuse cando os investigadores se deron conta de que o cristal de sílice puro, sen ningunha impureza de metal que absorbese luz, só se podía fabricar directamente a partir de compoñentes de vapor, evitando desta forma a contaminación que inevitablemente resultaba do uso convencional dos crisois de fundición. A tecnoloxía en desenvolvemento baseábase principalmente no coñecemento da termodinámica química, unha ciencia perfeccionada por tres xeracións de químicos desde a súa adopción orixinal por parte de Willard Gibbs, no século XIX.
Tamén en 1980, AT&T presentou á Comisión Federal de Comunicacións dos Estados Unidos un proxecto dun sistema de 978 quilómetros que conectaría as principais cidades do traxecto de Boston a Washington. Catro anos despois, cando o sistema comezou a funcionar, o seu cable, de menos de 25 centímetros de diámetro, proporcionaba 80 000 canles de voz para conversas telefónicas simultáneas. Para entón, a lonxitude total dos cables de fibra unicamente nos Estados Unidos atinxía 400 000 quilómetros.
A primeira ligazón transoceánica con fibra óptica foi o TAT-8 que comezou a operar en 1988, usando un cristal tan transparente que os amplificadores para rexeneraren os sinais débiles podíanse colocar a distancias de máis de 64 quilómetros. Tres anos despois, outro cable transatlántico duplicou a capacidade do primeiro. Desde entón, empregouse fibra óptica en multitude de ligazóns transoceánicas ou entre cidades, e paulatinamente vaise estendendo o seu uso desde as redes troncais das operadoras cara aos usuarios finais.
Así, debido ás súas mínimas perdas de sinal e ás súas óptimas propiedades de ancho de banda, ademais de peso e tamaño reducidos, a fibra óptica pode ser usada a distancias máis longas que o cable de cobre.
Proceso de fabricación
Creación da preforma
Para a creación da preforma existen catro procesos moi utilizados e pode ser a través dalgún dos seguintes métodos:
M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition)
Foi desenvolto orixinalmente por Corning Glass e modificado polos Laboratorios Bell para o seu uso industrial. Utiliza un tubo de cuarzo puro onde se parte e é depositada no seu interior a mestura de dióxido de silicio e aditivos de dopado en forma de capas concéntricas. A continuación no proceso industrial instálase o tubo nun torno xiratorio. O tubo é quentado ata acadar unha temperatura comprendida entre 1400 °C e 1600 °C mediante un queimador de hidróxeno e osíxeno. Ao virar o torno, o quemador comeza a desprazarse ao longo do tubo. Por un extremo do tubo introdúcense os aditivos de dopado, parte fundamental do proceso, xa que da proporción destes aditivos dependerá o perfil final do índice de refracción do núcleo. A deposición das sucesivas capas obtense das sucesivas pasadas do queimador, mentres o torno xira; quedando desta forma sintetizado o núcleo da fibra óptica. A operación que resta é o colapso, lógrase igualmente co continuo desprazamento do queimador, só que agora a unha temperatura comprendida entre 1700 °C e 1800 °C. Precisamente é esta temperatura a que garante o abrandamento do cuarzo, converténdose así o tubo no cilindro macizo que constitúe a preforma. As dimensións da preforma adoitan ser dun metro de lonxitude útil e dun centímetro de diámetro exterior.
V.A.D (Vapor Axial Deposition)