Luz y fibras ópticas
Descripción
Por: Ignacio Enrique Zaldívar Huerta
En este artículo se describe el uso de la luz en los sistemas de comunicaciones actuales. Inicialmente, se describe el rango de colores que el ojo humano es capaz de percibir, así como las principales características de la luz. Posteriormente, se explican los rangos de frecuencias que la luz posee y se comparan con los utilizados por los sistemas clásicos de comunicaciones electrónicos. Se muestra la composición estructural de una fibra óptica que es el medio por el cual se transporta la luz que contiene la información que está siendo transmitida. Finalmente, se justifica porqué el uso de la luz permite alcanzar velocidades bastante elevadas para la distribución de servicios tales como el Internet.
Palabras clave: Luz, fibras ópticas, comunicaciones.
Contenido
La luz que nos llega del sol todos los días está compuesta por múltiples colores como lo comprobamos con nuestros propios ojos al observar el arcoíris. Podemos decir que el ojo humano está “diseñado” para poder distinguir los colores que van desde el violeta al rojo, siendo la luz de color amarillo la que más resalta a nuestra vista (Centro Oftalmológico Barcelona, 2019). Evidentemente, existen otros colores como son el ultravioleta (UV) y el infrarrojo (IR) pero que no podemos percibir visualmente.
La luz, cuya velocidad en el vacío es de 300’000,000 (trescientos millones) de metros por segundo, es considerada una onda electromagnética, lo que significa que está compuesta por un campo eléctrico y un campo magnético que oscilan a una cierta frecuencia. Esa oscilación se propaga provocando una periodicidad espacial denominada longitud de onda (denotada por la letra griega lambda, λ, y que se mide en unidades de longitud) y que es, junto a la frecuencia (f, medida en ciclos por segundo o Hertz), lo que caracteriza a las ondas electromagnéticas. En ese sentido, para la luz violeta λ = 390 nanómetros, para la luz amarilla λ = 550 nanómetros, y para la luz roja λ = 780 nanómetros. La longitud de onda puede ser expresada en términos de Hertz, por ejemplo, para la luz roja (λ = 780 nanómetros), su correspondiente valor en frecuencia es calculado como (Tomasi W. 2003): donde c es la velocidad de la luz en el vacío.
Esto significa, que luz de color rojo oscila a ¡384 billones de veces por segundo! Valor bastante elevado si consideramos que el voltaje alterno con el cual encendemos las lámparas de la casa es de tan solo 60 veces por segundo. Gracias a las características de frecuencia y velocidad de la luz, es que han surgido sistemas de comunicaciones que operan en frecuencias en el rango de los Terahertz (THz, billones de veces por segundo) que, evidentemente superan a los sistemas de comunicaciones como son la radio en AM (amplitud modulada) y FM (frecuencia modulada) que operan en el rango de los Kilohertz (KHz, miles de veces por segundo) y Megahertz (MHz, millones de veces por segundo), respectivamente. Incluso, supera los sistemas de telefonía celular los cuales operan en el rango de las microondas (Gigahertz, miles de millones de veces por segundo).
Así como los sistemas clásicos de comunicaciones electrónicos utilizan cables metálicos para la distribución de la información en forma de corriente eléctrica, los sistemas que utilizan la luz (llamados sistemas fotónicos) requieren de un medio de distribución como lo es la fibra óptica. Es decir, la información que viaja a través de la fibra óptica, si bien no alcanza la velocidad de 300’000,000 de metros por segundo debido a las características de la fibra óptica, ésta se verá reducida a la nada despreciable velocidad de 200’000,000 de metros por segundo. Básicamente, una fibra óptica está formada por un núcleo (región donde viaja la luz), y al menos dos recubrimientos (Nérou J. P. 2016). El diámetro del núcleo es de 10 micras (1 micra es la millonésima parte del metro), para darnos una idea de esta dimensión, el diámetro del cabello humano es del orden de 50 micras.
Actualmente, el concepto de fibra óptica se ha vuelto muy común en nuestro vocabulario y lo relacionamos generalmente a las compañías que ofrecen los servicios de alta velocidad y alta definición como son el Internet y la Televisión Digital de Alta Definición (Internetencasa). Ejemplo de esto, es la frase publicitaria “Navega a exceso de velocidad” usada por una compañía de telefonía en nuestro país que aprovecha la utilización de la luz en la fibra óptica para la entrega de sus servicios.
Actualmente, los sistemas de comunicaciones a fibra óptica operan a λ=1550 nanómetros (luz infrarroja no visible al ojo humano) debido a que a esta longitud de onda las fibras ópticas presentan valores mínimos de atenuación, lo que da como resultado enlaces de gran distancia. Gracias a esta tecnología, por ejemplo, el Internet a fibra óptica permite:
• Disfrutar de video chats y juegos en línea sin demoras.
• Cargar y descargar archivos rápidamente.
• Realizar una copia de respaldo de nuestro disco duro en la nube, en minutos, en lugar de horas.
• Descargar una película de alta definición de 2 horas en pocos segundos, en comparación con esperar 30 minutos o más con un servicio de Internet tradicional a cable metálico.
Sin lugar a duda, el uso de la luz ha venido a revolucionar el mundo de las comunicaciones y día con día los esfuerzos de muchos investigadores en todo el mundo continúa con el objetivo de sacar provecho del uso de la fibra óptica en la entrega de servicios a los usuarios (Mexico Industry, 2023).
