HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA (IV): Instalación

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Hoy llegamos a los aspectos prácticos de la fibra óptica. Ya sabemos cuándo se iniciaron los primeros experimentos con luz, cómo pasó de ser una investigación de laboratorio a su uso militar y civil y finalmente conocemos los aspectos teóricos del viaje de la luz a través de la fibra. Ahora nos pondremos la ropa de trabajo y saldremos a la calle para tocar “fibra”. Hoy describiremos varios conceptos necesarios para pasar de aprendiz a Maestro de la Fibra Óptica.

Tipos de Fibra

En el mercado se diferencian dos tipos de fibra, las fibras Multimodo (se identifica con las siglas MM del inglés multi-mode) y las fibras Monomodo (se identifica con las siglas SM del inglés single-mode). En la fibra multimodo los haces de luz viajan por el cable simultáneamente siguiendo varias trayectorias. En la fibra monomodo, debido al pequeño tamaño de su núcleo (9  µm), la luz no tiene más remedio que  viajar de un solo modo por el núcleo, en paralelo al eje de la fibra.

Existen subfamilias dentro de las fibras MM y las SM que vamos a mencionar pero sin entrar en más detalles. Las MM tienen dos subfamilias: las de índice escalonado (SI) y las de índice gradual (GI). Dentro de las SM hay varias subfamilias: la estándar (SMF),  las de dispersión desplazada (DSF) y las de dispersión desplazada no-nula (NZ-DSF), estas últimas son las que menos pérdidas tienen.

¿Por qué se utilizan a veces unas u otras? Las Multimodo se usan habitualmente para cortas distancias y son más económicas y fáciles de construir. Las Monomodo tienen mayor capacidad de transporte de datos y menores pérdidas por lo que se usan para largas distancias, pero son más caras. Es necesario saber el tipo de fibra con el que vamos a trabajar para usar los conectores y equipos de trabajo adecuados para cada tipo de fibra.

Las fibras suelen estar caracterizadas por un código de dos números y unas letras que la identifican, como por ejemplo: 9/125 – SM. El primer número indica el diámetro del núcleo de la fibra en micrómetros. El segundo número indica el diámetro del recubrimiento que rodea el núcleo (también se conoce por revestimiento o en inglés cladding), también en micrómetros. Por último las dos letras indican si es una fibra monomodo (SM) o multimodo (MM).

Tipos de Conectores y Pulidos

Los conectores son los elementos de terminación en los extremos de la fibra que se utilizan para su conexión con diversos dispositivos ópticos. Todos los conectores de fibra óptica tienen en común una pieza interior llamada férula o ferrule, que es un cilindro cerámico cuyo diámetro coincide con el diámetro del recubrimiento de la fibra. El extremo final de la fibra llega al final de la férula, que la alinea y protege mecánicamente. Para unir dos extremos de fibra óptica mediante conectores, se utiliza un adaptador debido a que los conectores de fibra no tienen macho/hembra.

Hay variedad de conectores pero solo mencionaremos los más comunes:

ST : Conector metálico con sistema de conexión por giro de bayoneta. El más utilizado en aplicaciones multimodo.

Conector ST

Conector ST

SC: Conector plástico con sistema de conexión por push-pull (presionar-tirar). De uso tanto en fibras monomodo como multimodo.

Conector SC

Conector SC

FC: Conector metálico igual que el ST pero con sistema de conexión por roscado. De uso en fibras monomodo.

Conector FC

Conector FC

Otros conectores menos habituales son: LC, FDDI, MT Array,

Otra característica que diferencia un conector de fibra óptica es el pulido de la férula. Hay varios tipos de pulido, los más comunes son APC (contacto físico con ángulo – angled physical contact) y PC (contacto físico – physical contact). El tipo de pulido se añade a la definición del tipo de conector. De esta forma un conector FC con un pulido PC se le denominará conector FC/PC y con el pulido APC se le denominará FC/APC, etc… El tipo de pulido ha de coincidir entre conectores para una conexión con pocas pérdidas.

Tipos de Cable

El cable es la estructura que protege a las fibras ópticas del exterior, tanto de las condiciones climáticas como de daños mecánicos. Existen básicamente dos tipos de cable en función de su estructura y de la forma en que las fibras están posicionadas en su interior: cable holgado (loose tube) y cable ajustado (tight buffer). Además de estos existen los cables blindados y los submarinos para usos más específicos.

En un cable de estructura holgada las fibras ópticas se agrupan en su interior en grupos de 6, 8, 10 o 12 fibras. A su vez, varios cables holgados se alojan dentro de una protección secundaria. Todo se rellena con un gel hidrófugo para evitar la entrada de agua. Esta protección secundaria puede tener un elemento de refuerzo central para reforzar la tracción mecánica. Finalmente hay una cubierta exterior del cable de polietileno o PVC. Su uso más común es en instalaciones exteriores.

Cable Holgado

Cable Holgado

En un cable de estructura ajustada o densa cada fibra óptica tiene una protección secundaria individual de forma que cada fibra queda protegida. Es un cable diseñado para instalaciones en el interior de los edificios, es más flexible y con un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los cables de estructura holgada.

Cable Ajustado

Cable Ajustado

Además del tipo de estructura, hay tres características determinantes a la hora de escoger un cable: la sensibilidad a la curvatura (cuanto afecta la curvatura a las pérdidas), la resistencia mecánica (tensión a la que puede someterse la fibra antes de romperse) y la fatiga estática (daños producidos a lo largo del tiempo).

Simplificando en colores

Existe un código de colores para identificar los tipos de fibra. Os hemos preparado una tabla de colores para que la podáis imprimir y consultar cuando sea necesario, que incluye los colores para fibras individuales, los colores de los cables donde se agrupan las fibras individuales y los colores de los conectores. La tabla está basada en el estándar TIA -598-C  que es el más utilizado, aunque algunas compañías concretas puedan usar su propio código.

Tabla de Colores Fibra Óptica

Tabla de Colores Fibra Óptica

Aquí podréis descargar en formato PDF la Tabla de Colores de Fibra Óptica

Dispositivos de Conexionado

Ahora que ya sabemos los tipos de cable vamos a empezar a trabajar. Durante la instalación utilizaremos varios dispositivos que nos ayudarán a distribuir la señal de fibra óptica. Estos son los más comunes:

Acoplador: Dispositivo que puede combinar, separar, derivar o distribuir las señales procedentes de una serie de fibras ópticas.

Conmutador: Dispositivo que puede alternar la señal entre dos salidas.

Atenuador: Dispositivo que introducen una atenuación determinada en el sistema de fibra óptica.

Caja de empalmes: Caja que protege varios cables con empalmes.

Divisor o splitter: Dispositivo que divide la salida en señales iguales, donde normalmente la mitad de la señal se envía a una salida y la mitad restante a la otra.

Latiguillo o pigtail: Cable óptico con un conector en cada extremo o solo en un extremo que sirve para conectar dispositivos de fibra óptica.

Torpedo o Caja terminal óptica (CTO): Caja que se instala en el exterior del edificio o a poca distancia de éste. Las fibras de la red exterior (que vienen del punto de compartición o la central) conectan con la del interior del edificio y llegan hasta los hogares. Si un edificio tiene gran número de vecinos, el CTO también puede actuar como punto de compartición.

Roseta óptica o Punto de terminación de red óptica (PTR-O): Es la toma situada dentro de casa, donde termina la red óptica exterior. A esta roseta se conecta, también mediante fibra, un equipo ONT (Optical Network Terminal), que convierte la conexión óptica en otra de cobre que puede utilizarse con los dispositivos de casa.

Tipos de Empalmes

El trabajo más delicado al que se puede enfrentar un instalador de fibra óptica es realizar el empalme entre dos fibras. Un empalme se ha de hacer cuando se pasa del cableado troncal al de acometida y de este al del hogar o también por motivo de averías, modificaciones, etc… Los tipos de empalmes son:

Empalmes por fusión

Es la forma de unir dos fibras más fácil y con menos pérdidas. Se utiliza una máquina portátil llamada fusionadora que dispara un arco eléctrico y que produce una temperatura tan elevada que fusiona los dos extremos de la fibra óptica.

Aquí podéis ver un ejemplo práctico de un proceso completo de fusión.

Empalmes mecánicos

Las dos fibras se colocan en un empalmador mecánico que permite el alineamiento y sujeción de las fibras, en cuya parte central hay un tubo donde se introducen los dos extremos a unir. Al cerrar una pestaña se abre una cápsula que contiene el adhesivo que fija ambos extremos de las fibras. Estos empalmes tienen pérdidas más elevadas y  suelen ser provisionales. Es recomendable sustituirlos finalmente por un empalme de fusión.

Empalme por Conectorización

No es propiamente un empalme, sino que se utilizan conectores. El problema está en que a veces es necesario colocar un conector en el extremo de una fibra para conectarlo a un dispositivo óptico. Se trata de una operación bastante delicada y en la que se necesita práctica y bastante paciencia. Para unir el conector a la fibra se utiliza una cola, habitualmente resina epoxy.

Para realizar cualquiera de estos tres tipos empalmes es necesario previamente la preparación de la fibra: retirada de las cubiertas protectoras hasta llegar a la fibra desnuda (pelado y limpieza) y seccionado totalmente perpendicular de la superficie de empalme (corte). Para ello existen una serie de herramientas complementarias que nos ayudarán en esta labor. Aquí podéis ver un kit de conectorización que incluye las herramientas más habituales.

Por hoy ya hemos sudado bastante la camiseta. En la siguiente entrada hablaremos del trabajo posterior a la instalación: la comprobación y medición de toda la instalación en un edificio.


HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA (III): Transmisión

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En las entradas anteriores dedicadas a la fibra óptica hemos hablado de los diversos descubrimientos e inventos que hicieron posible finalmente la comunicación por fibra óptica: desde los iniciales estudios sobre la luz hasta la invención del láser y la construcción de la fibra óptica. Con el láser conseguimos un perfecto “mensajero” que transportará la información y con la fibra óptica construimos una “autopista” por la que pudiese viajar. Ahora explicaremos brevemente como se consigue que el mensaje llegue a su destino.

Comunicación a la velocidad de la luz

En las redes de datos la información viaja en forma de impulsos eléctricos. Para poder ser enviados por fibra óptica, la energía eléctrica ha de ser transformada en energía lumínica. Para ello se utiliza un dispositivo llamado foto-emisor que cumple esta función. Del mismo modo, en la recepción, un foto-detector realiza el procedimiento inverso. En los inicios de la comunicación por fibra óptica se utilizaba el láser como fuente de luz del foto-emisor, ya que ofrecía luz de frecuencia y fase estables y con un nivel de energía elevado. Con la invención del diodo emisor de luz o LED, este empezó a utilizarse también como foto-emisor, y aunque no tiene las altas prestaciones del láser en contrapartida tiene una vida útil más larga y son mucho más económicos.

Para que la luz viaje por la fibra utilizamos una de las propiedades intrínsecas de la luz llamada “reflexión”. Gracias a ella cuando un rayo de luz choca contra una superficie transparente, una parte se refleja y otra se refracta. Usando palabras más comunes, podríamos decir que una parte de la luz “traspasa” (refracta) la superficie y otra parte “rebota” (refleja) contra esta superficie. La cantidad de luz que se refleja depende tanto del ángulo de incidencia como del material de la superficie reflectante y reflectora.

Reflexión y Refracción

Reflexión y Refracción

En el caso de la fibra óptica, la superficie reflectante que envuelve el núcleo por donde viaja la luz se le llama recubrimiento y tiene un índice de refracción tal que al aplicar la luz con un  ángulo de incidencia determinado se consigue que se refleje totalmente. De esta forma, la luz va avanzando y  “rebotando” sobre las paredes del recubrimiento y conseguimos que “se propague” por el núcleo y llegue finalmente a su destino. Aun así, debido a los efectos de dispersión y atenuación, la señal va perdiendo energía y ha de ser regenerada cada cierta cantidad de kilómetros.

Ángulo de Incidencia e Índice de Refracción de la luz en el núcleo de la fibra

Ángulo de Incidencia e Índice de Refracción de la luz en el núcleo de la fibra

Las ventanas de trabajo

Ya tenemos la luz viajando a su destino de una forma un tanto “movida”. Ahora hemos de encargarnos de que transporte la información. Para ello aprovechamos una parte de la banda de infrarrojos de la luz, concretamente el margen entre los 750 nm y los 1650 nm (nm = nanometro = una mil millonésima parte de un metro) del espectro radioeléctrico. Se El uso de esta banda viene determinado porque está comprobado experimentalmente que estas zonas son de baja atenuación (échale un vistazo a la siguiente figura). La longitud de onda central que se utiliza para transmitir la información se le llama “ventana de trabajo”. Las ventanas más utilizadas son la de 850 nm (primera ventana), 1310 nm (segunda ventana) y 1550 nm (tercera ventana). La tercera ventana se divide en tres bandas, banda S, banda C y banda L.

Relación de Ventana de trabajo y Atenuación

Relación de Ventana de trabajo y Atenuación

Las primeras transmisiones en fibra óptica se realizaron a 850 nm, con una atenuación de 2,5 dB/km. A medida que la tecnología fue perfeccionándose se consiguió transmitir a mayor longitud de onda, primero a 1310 nm (atenuación 0,4 dB/km) y posteriormente a 1550 nm (0,2 dB/km). Como se puede ver, las perdidas por transmisión disminuyen a medida que aumenta la longitud de onda. Más allá de la tercera ventana vuelven a aumentar las pérdidas por efectos colaterales del material del que está hecho la fibra (silicio), pero ya se está investigando en el desarrollo de nuevos tipos de fibras que puedan trabajar en una cuarta ventana.

Utilizar una determinada ventana viene dado por el uso que se le vaya dar a la fibra. La tecnología del equipo óptico de transmisión para transmitir en la primera ventana es más sencilla y por tanto más barata que en las siguientes ventanas. Se ha de buscar la mejor relación entre las prestaciones de transmisión necesarias y el coste económico a realizar.

Multiplexando

En la década de los 90 tuvo lugar un increíble aumento en el tráfico de datos (TV digital, voz, datos, telefonía móvil y uso popularizado de Internet) y como consecuencia una mayor demanda en la capacidad de las comunicaciones, tanto en términos de velocidad como en cobertura geográfica. La fibras óptica en el campo de las comunicaciones se había empezado  a aplicar en telefonía de voz, pero rápidamente pasó a estar total o parcialmente presente en cualquier sistema de comunicación.

Para aumentar la capacidad de las infraestructuras ya existentes, se empezaron a aplicar técnicas de multiplexado. Esta técnica permite combinar múltiples longitudes de onda en una sola señal óptica sin mutua interferencia, donde cada longitud de onda representa un canal óptico dentro de la fibra. La técnica de multiplexado que se utiliza en fibra óptica se conoce como WDM (wave-division multiplexing; multiplexación por división de onda). Con esta técnica se pudo incrementar la capacidad de transmisión de la fibra óptica en un terabit por segundo (1012 b/s).

Diagrama de Técnica de Multiplexado DWDM

Diagrama de Técnica de Multiplexado DWDM

Las técnicas de multiplexado se han ido perfeccionando para aumentar progresivamente la capacidad de transmisión. La única tecnología que puede afrontar la demanda actual es el multiplexado denso en longitud de onda (DWDM) basado en el WDM. Otra tecnología basada en WDM es el multiplexado por división aproximada de longitud de onda (CWDM) que se caracteriza por un espaciado más amplio de canales que la división densa de longitud de onda (DWDM). Los sistemas CWDM son más rentables para las aplicaciones en redes metropolitanas.

Futuro

Actualmente, en el ámbito experimental, se están llevando a cabo ensayos de sistemas de enlaces ópticos a decenas de Tb/s a distancias de miles de kilómetros utilizando láseres solitones, fibras especiales que reducen los efectos no lineales, nuevos amplificadores ópticos y por supuesto técnicas WDM (ultraDWDM). La tendencia, forzada por la necesidad de aumentar al máximo la capacidad de transmisión, es la de utilizar cada vez mayor parte del espectro óptico. En este sentido ya se están fabricando fibras ópticas que minimizan las pérdidas debidas a la absorción de las moléculas de agua en el entorno de 1470 nm de manera que también sea posible utilizar esta banda (quinta ventana).

De hecho en la actualidad la banda utilizada por las fibras ópticas está creciendo para poder cubrir las exigencias del crecimiento continuado de demanda. Muy posiblemente en un futuro habrá que saltar a zonas del espectro electromagnético con mucha mayor capacidad de transmisión, hacia las longitudes de onda inferiores a la luz visible (ultravioleta, rayos X…), lo cual permitiría dar un salto astronómico en cuanto a la capacidad de transmisión. Las fibras actuales no permiten la transmisión de estas longitudes de onda puesto que las pérdidas serían altísimas a estas longitudes. Quizás en el futuro se descubran nuevos materiales que puedan conducir esa radiación.

En la próxima entrada dejaremos la teoría y hablaremos sobre los aspectos más prácticos de la fibra óptica: instalación, medición y mantenimiento.


HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA (II): Evolución

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En la última entrada sobre la fibra óptica explicamos los orígenes del estudio de la luz y como paso a paso se fueron descubriendo y desarrollando todos los elementos que finalmente formarían parte de la comunicación por fibra óptica. Hoy seguiremos en el punto donde lo dejamos y explicaremos cómo la fibra pasó de ser un invento de laboratorio a su uso comercial.

Primeros usos fuera del laboratorio

Hasta el año 1975 no empezaron a realizarse las primeras pruebas con fibra óptica, sobretodo en organismos públicos que podían costear sus elevados precios. La sede central del NORAD (el Mando Norteamericano de Defensa Aeroespacial) ubicada en la montaña Cheyenne, conectó todo su sistema informático usando fibra óptica con el fin de reducir las interferencias que se producían debido a su especial entorno. Por otro lado, la compañía STC (Standard Telephones and Cables) del Reino Unido comunicó dos oficinas del departamento de la policía de Dorset mediante fibra óptica después de que un rayo dañara sus equipos de comunicaciones.

Instalaciones del NORAD en la montaña Cheyenne

Instalaciones del NORAD en la montaña Cheyenne

A partir de las primeras pruebas y superando los problemas prácticos que iban surgiendo, el uso de la fibra se fue extendiendo poco a poco. Las compañías telefónicas  empezaron a hacer pruebas a media escala. En 1976, la empresa telefónica AT&T realizó la instalación de dos cables de fibra óptica, cada uno de los cuales medía 630 metros de largo y contenía 144 fibras. La instalación se realizó a través de conductos subterráneos, para lo que se requería que los cables pudieran sortear curvas cerradas. Debido al éxito obtenido y la capacidad extraordinaria de la fibra óptica para transmitir tráfico telefónico, el uso a nivel comercial fue creciendo rápidamente. La compañía GTE abrió una línea entre Long Beach y Artesia en California, usando un transmisor de diodo LED. Por otro lado, la compañía Bell Labs instaló un sistema de fibra óptica que transportaba voz, datos y señales de vídeo a través de 2,4 km de cables subterráneos que conectaban dos oficinas de conmutación de la compañía telefónica en Chicago. Cada cable de fibra óptica podía transportar un equivalente a 672 canales de voz.

Instalación de la primera red de Fibra Óptica en Chicago, 1977

Instalación de la primera red de Fibra Óptica en Chicago, 1977

Estas primeras generaciones de redes de fibra podían transmitir luz a varios kilómetros sin repetidor, pero estaban limitadas por una atenuación de aproximadamente 2 dB/km. Pronto apareció una segunda generación de fibra, usando los nuevos láseres de InGaAsP (hechos de un material semiconductor de indio, galio y arsénico, con velocidad de operación superior a otros semiconductores más comunes) que emitían a 1,3 μm, y con el que se consiguió reducir la atenuación de la fibra hasta los 0,5 dB/km, y la dispersión del pulso a 850 nm. En 1978, el total de fibra óptica instalada en el mundo era de aproximadamente 960 km.

En 1980, AT&T presentó a la comisión federal de comunicaciones de EE.UU. (Federal Communications Commission) un proyecto de sistema que conectaría las principales ciudades del corredor de Boston a Washington. Cuatro años después, cuando el sistema comenzó a funcionar, su cable de menos de 1 pulgada (2,5 cm) de diámetro, proporcionaba 80.000 canales de voz para conversaciones telefónicas simultáneas. En 1983, la compañía MCI, una de las grandes compañías de larga distancia en los Estados Unidos, fue la primera en tender una Red Nacional de Fibra Óptica en todo el país. Para entonces, la longitud total de los cables de fibra únicamente en los Estados Unidos alcanzaba 400.000 km, suficiente para llegar a la Luna.

Cruzando Océanos

La fibra de dispersión desplazada (DSF), se introdujo en 1985, y anunció una nueva era en las comunicaciones ópticas. Uniendo el mínimo de atenuación en la ventana de 1550 nm con dispersión cero en la misma longitud de onda, permitían mayores velocidades de datos a distancias mayores. La evolución de la tecnología de transmisión fue el último paso para conseguir el mayor reto, atravesar océanos. El primer cable que cruzó el océano Atlántico uniendo Europa y América comenzó a funcionar en 1988, usando un cristal tan transparente que los amplificadores para regenerar las señales débiles se podían colocar a distancias de más de 64 km. Tres años después, otro cable transatlántico duplicó la capacidad del primero. Siguieron los cables que cruzaron el océano Pacífico, que ayudaron al creciente comercio entre los Estados Unidos y Asia.

Mapa Mundial de Cableado Submarino 2013

Mapa Mundial de Cableado Submarino 2013

En 1990, los Laboratorios Bell transmiten una señal de 2,5 Gb/s a través de 7500 km sin regeneración. El sistema usaba un láser soliton (un láser que no cambia de forma durante su propagación) y un amplificador EDFA (un amplificador óptico de fibra dopada) que permitía a la onda de luz mantener su forma y densidad. En 1998, los mismos laboratorios Bell transmitieron 100 señales ópticas de 10 Gb/s por una sola fibra de 400 km. En este experimento, gracias a las técnicas WDM (wave-division multiplexing) que permite combinar múltiples longitudes de onda en una sola señal óptica, se incrementó la capacidad de transmisión de una fibra en un terabit por segundo (aproximadamente 1000 Gb/s).

Hoy en día, la fibra óptica ha alcanzado la máxima perfección en su fabricación y más del 80 por ciento de tráfico de larga distancia se transporta mediante estos cables a lo largo de 25 millones de kilómetros en todo el mundo. El tráfico de datos sigue incrementándose y esto hace que los ingenieros desarrollen nuevas tecnologías para sacar el mayor provecho de las redes de fibra óptica ya desplegadas. En el siguiente post hablaremos de estas tecnologías de transmisión sobre fibra óptica. 


HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA (I): Orígenes

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En la Era de Internet en la que estamos inmersos, el volumen de información que circula por las redes de datos es cada vez mayor. Este hecho ha dejado pequeñas las infraestructuras existentes de telefonía fija, constituidas por cables de par de cobre, y que en nuestro país se utilizaban mayoritariamente para la transmisión de datos gracias a la tecnología ADSL. La competencia feroz ha obligado a las operadoras de telecomunicaciones a realizar grandes inversiones para la renovación de las antiguas redes por las más eficientes redes de fibra óptica, para así aumentar velocidad y ancho de banda. Explicaremos en esta entrada como el hombre ha podido llegar a “domar” la luz para poder utilizarla como un medio de comunicación.

Todo comenzó un verano de 1665, cuando la terrible epidemia de peste que pasó a la historia como “la Gran Plaga” asoló la región de Londres. La Universidad de Cambridge se vio obligada a cerrar sus aulas y envió a profesores y estudiantes a sus casas. Uno de ellos era el recién licenciado Isaac Newton, que pasó en Woolsthorpe, su pueblo natal, dos años de vacaciones forzosas. Fueron, seguramente, las vacaciones más fructíferas en la historia de la ciencia.

A lo largo de esos meses Newton concibió, experimentó y desarrolló sus ideas sobre la naturaleza de la luz, la gravitación universal y el método de cálculo infinitesimal. A principios de 1666, valiéndose de un prisma y un agujero en la contraventana de su habitación demostró que la luz del sol es una mezcla de colores del espectro. Los resultados de sus experimentos y sus reflexiones sobre la luz conformaron la obra “Optiks” de 1704, que fue una obra de referencia para posteriores científicos interesados en la óptica y el estudio de la luz.

Experimento de Dispersión de la luz de Newton

Experimento de Dispersión de la luz de Newton

En 1800, el astrónomo Sir Frederick William Herschel estaba probando filtros para la observación de las manchas solares. Al usar el filtro rojo notó que a través de él se transmitía más calor. Siguió investigando este curioso fenómeno, y mediante el uso de un prisma y tras la dispersión de la luz en los colores del arco iris, puso un termómetro justo donde acababa el color rojo, donde no se percibía ningún color. Para su sorpresa, descubrió que la temperatura en esa zona era mayor que en la zona del espectro visible. Tras unos cuantos experimentos más dedujo que debía haber una forma invisible de luz más allá del espectro visible que llamó “rayos caloríficos”. En el futuro estos rayos se conocerán con el nombre más apropiado de radiación infrarroja y serán el medio utilizado para las comunicaciones ópticas.

Durante la década de 1840, el físico suizo Daniel Colladon y el francés Jacques Babinet, demostraron que la luz podía guiarse a lo largo de los chorros de agua de una fuente. A partir de este principio se desarrollaron una serie de estudios, en los que se demostró de forma teórica que el cristal era el medio eficaz para canalizar y transmitir luz a larga distancia. El gran problema era que las técnicas y los materiales empleados en aquella época no permitían la construcción de los medios adecuados para la transmisión de la luz con buen rendimiento ya que las pérdidas eran demasiado grandes.

Experimento de conducción de la luz de Daniel Colladon

Experimento de conducción de la luz de Daniel Colladon

Y este fue un escollo importante para el desarrollo de la comunicación óptica hasta 1954, cuando Van Heel, Hopkins y Kapany del departamento de física del Colegio Imperial de Londres presentaron un estudio acerca del conductor óptico en la revista “Nature”. Los estudios presentados en esta revista sentaron las bases para que la fibra óptica empezara a desarrollarse. Hacia 1960 se desarrollaron fibras con cubierta de vidrio con pérdidas de 1 dB por metro. En ese año se inventó un elemento que sería fundamental para la consecución definitiva de las comunicaciones por fibra óptica: el primer láser operativo basado en el principio de la luz coherente, creado por Theodore Maiman.

La primera transmisión de datos por medio de fibra óptica la realizó el físico alemán Manfred Börner de los laboratorios de investigación de Telefunken en 1965. Charles K. Kao y George A. Hockham de la compañia británica Standard Telephones and Cables (STC) fueron los primeros en promover la idea de que la atenuación de las fibras ópticas se podría reducir por debajo de 20 dB por kilómetro (dB/km), posibilitando que la fibra óptica fuese un medio de comunicación real. Su propuesta era que la atenuación en las fibras de aquel entonces era causada por impurezas que podrían ser eliminadas, mas que por leyes físicas que lo impidiesen. Sus estudios sobre las pérdidas de las propiedades de la luz en las fibras ópticas apuntaron al material más adecuado para usar en dichas fibras, el cristal de silicio de alta pureza.

El gran avance se produjo en 1970 en la empresa Corning Glass Works, cuando Donald Keck, Peter Schultz y Robert Maurer lograron fabricar con éxito una fibra óptica de cientos de metros de largo con la claridad cristalina que Kao y Hockham habían propuesto. Poco después, Panish y Hayashi, de los Laboratorios Bell, mostraron un láser de semiconductores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente, y John MacChesney y sus colaboradores, también de los Laboratorios Bell, desarrollaron independientemente métodos de preparación de fibras. Con todo ello ya estaban completos los elementos básicos para el inicio práctico de la comunicación por fibra óptica.

En solo 300 años desde los experimentos de Newton, se pasó de un conocimiento rudimentario de la luz a su manipulación y canalización, gracias a todos los inventores y científicos que hemos mencionado y otros muchos que con sus aportaciones en mayor o menor medida contribuyeron al nacimiento de las comunicaciones por fibra óptica. En la próxima entrada dedicada a la fibra óptica explicaremos el avance desde las primeras y costosas conexiones con cables de 2 km hasta las actuales grandes redes que cruzan océanos.