¿Alguna vez has pensado en cómo recibes correos electrónicos u otra información desde cualquier parte del mundo en un abrir y cerrar de ojos? Esto es posible gracias a una red de cables que se encuentran bajo tierra y debajo del océano. Estos cables, que llevan la mayor parte de los datos del mundo, son cables de fibra óptica, que también se utilizan en equipos médicos. Aprendamos cómo funcionan los cables de fibra óptica y cómo han revolucionado el mundo que nos rodea.
Comportamiento de la luz y la refracción
Un cable de fibra óptica está compuesto por miles de filamentos de fibra y cada filamento es tan delgado como un cabello humano. Las fibras ópticas transportan información en forma de luz. Para comprender el funcionamiento de las fibras ópticas, primero aprendamos algunos comportamientos fundamentales de la luz. La velocidad de la luz cambia cuando pasa a través de un medio y esto se expresa mediante el índice de refracción. Esta variación en la velocidad de la luz conduce a un fenómeno interesante conocido como refracción.
La refracción ocurre cuando la luz pasa de un medio con un índice de refracción a otro con un índice de refracción diferente. La luz se dobla hacia la interfaz cuando pasa de un medio de alto a uno de bajo índice de refracción. La refracción es la razón por la cual un lápiz se ve doblado en un vaso de agua. Esta técnica de refracción se utiliza de manera efectiva en las fibras ópticas.
Reflexión interna total y la transmisión de luz
La reflexión interna total es posible si aumentamos el ángulo de incidencia en lugar de aumentar el índice de refracción. En este caso, a un cierto ángulo llamado ángulo crítico, la luz volverá al primer medio. Este fenómeno de reflexión interna total se utiliza en los cables de fibra óptica para transmitir la luz.
La forma más simple de cable de fibra óptica es un cilindro de vidrio con un alto índice de refracción. Si el láser incide en la interfaz con un ángulo mayor al ángulo crítico, ocurrirá la reflexión interna total y la luz llegará al otro extremo. Esto significa que la luz puede ser confinada en la fibra óptica a lo largo de una gran distancia, sin importar la forma compleja que tome la fibra.
Sin embargo, las fibras ópticas necesitan un revestimiento protector. La introducción de un revestimiento protector no es posible con esta configuración, ya que el revestimiento ocuparía la posición del aire y detendría el fenómeno de reflexión interna total. Una forma sencilla de superar este problema es introducir un vidrio de bajo índice de refracción sobre el vidrio del núcleo, conocido como revestimiento.
De esta manera, ocurrirá la reflexión interna total y se podrá utilizar una capa protectora. Tanto el núcleo como el revestimiento utilizan sílice como material base. La diferencia en el índice de refracción se puede lograr mediante la adición de diferentes tipos de dopantes.
Pérdidas en los cables de fibra óptica y transmisión de información
El cable de fibra óptica que hemos construido no podrá transmitir señales a más de 100 kilómetros debido a diversas pérdidas que ocurren en el cable. Esta pérdida de intensidad de la señal se llama atenuación. La absorción y dispersión son las principales causas de la atenuación de la señal.
Es por eso que se utilizan amplificadores y cables después de cierta distancia, para aumentar la intensidad de la señal y permitir la transmisión a larga distancia. La energía requerida para el amplificador se obtiene de fuentes cercanas.
Entonces, ¿Cómo transmite la fibra óptica información como llamadas telefónicas o señales de Internet? Cualquier información se puede representar en forma de ceros y unos. Supongamos que quieres enviar un mensaje de texto diciendo «hola» desde tu teléfono móvil. Primero, esta palabra se convertirá en un código binario equivalente, en forma de una secuencia de ceros y unos.
Después de la conversión, tu teléfono móvil transmitirá estos ceros y unos en forma de ondas electromagnéticas, donde el uno se transmite como una onda de alta frecuencia y el cero como una onda de baja frecuencia. La torre de celular local recogerá estas ondas electromagnéticas. Si la onda electromagnética es de alta frecuencia, se generará un pulso de luz; de lo contrario, no se generará ningún pulso.
Estos pulsos de luz se pueden transmitir fácilmente a través de los cables de fibra óptica. Los pulsos de luz que llevan la información deben viajar a través de una red complicada de cables para llegar a su destino. Para este propósito, todo el globo está cubierto con cables de fibra óptica, que se colocan bajo tierra y debajo del océano. Principalmente, son los proveedores de servicios móviles quienes mantienen estos cables subterráneos. AT&T, Orange y Verizon son algunos de los pocos actores globales que poseen y mantienen la red de cables submarinos.
Solo una pequeña parte del cable se utiliza para sostener la fibra óptica, el resto del área del cable es una estructura mecánica para protección y resistencia. ¿Entonces, de dónde obtiene energía el amplificador en estas profundidades oceánicas? Bueno, para esto, se utiliza una fina cubierta de cobre dentro del cable, que transporta la energía eléctrica a lo largo del cable para alimentar los amplificadores.
En resumen, si los cables de fibra óptica no llegan a una parte del mundo, esa parte quedará aislada de Internet o de las comunicaciones móviles. Comparado con los cables de cobre tradicionales, el cable de fibra óptica es superior en casi todos los aspectos. Los cables de fibra óptica proporcionan un ancho de banda más grande y transmiten datos a velocidades mucho más altas que los cables de cobre.
Esto se debe a que la velocidad de la luz es siempre mayor que la velocidad de los electrones. El flujo de electrones en un cable de cobre genera un campo magnético, incluso fuera del cable, lo que puede causar interferencia electromagnética. Por otro lado, la luz que viaja a través del cable óptico siempre está confinada dentro de la fibra, por lo que no existe la posibilidad de interacción con una señal externa.
Otra característica interesante de los cables de fibra óptica es que cualquier señal de luz que ingrese desde el costado tiene una mínima posibilidad de viajar por el cable. Por lo tanto, los cables de fibra óptica proporcionan una alta seguridad de datos.
Es sorprendente saber que la fibra óptica fue utilizada por primera vez en endoscopias, antes de ser utilizada en el campo de las telecomunicaciones. En las telecomunicaciones, los pulsos digitales se transfieren a través del cable de fibra óptica, mientras que en los cables endoscópicos, las señales visuales se transmiten en forma analógica hacia el otro extremo.
**Cable de fibra óptica por dentro:** Los cables de fibra óptica en el mundo son una red global de comunicación vital para la transmisión de datos a nivel mundial. Estos cables se extienden por todo el planeta, interconectando continentes y permitiendo la rápida transferencia de información. La infraestructura de fibra óptica es fundamental para la conectividad moderna y el intercambio de datos a alta velocidad.
**Cómo funciona fibra óptica:** La fibra óptica es un medio de transmisión que utiliza pulsos de luz para transportar información a través de cables. Esta tecnología se basa en los principios de reflexión interna total y refracción para guiar la luz a lo largo de la fibra de manera eficiente y sin pérdidas significativas. La información se codifica en forma de pulsos de luz, que viajan a través de la fibra óptica a velocidades cercanas a las de la luz, permitiendo una transmisión rápida y confiable de datos.
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