HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA (I): Orígenes
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
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
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.
