Fibra òptica: En la base de les autopistes d'informació

2000/01/09 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia

• Komunikazioak

Gràcies a la fibra òptica, la capacitat d'enviament de dades ha augmentat considerablement en els últims anys. Una vegada acabada la Segona Guerra Mundial, per a realitzar una crida des d'Europa a Àsia, les ones de ràdio curtes s'enviaven a la ionosfera perquè tornessin per rebot a la Terra. D'aquesta manera, la connexió necessitava hores per a aconseguir una crida de pocs minuts i sovint es produïen interferències. A mesura que avançava la tècnica també es van fer passos en el camp de les comunicacions. Així, en 1956 es va llançar el primer cable transatlàntic de coure, la qual cosa va permetre simultàniament realitzar 36 trucades telefòniques. En 1960 es van realitzar ja 5 milions de trucades telefòniques entre continents. Va ser llavors quan van arribar els satèl·lits de comunicacions, a mitjan anys 60, un pas important. Per a l'any 1980 es feien anualment 200 milions de crides transatlàntiques.

No obstant això, la tecnologia no podia respondre a la demanda existent en el camp. La pròpia tecnologia estava al límit i la necessitat d'un millor sistema era evident per al transport de dades. Es va començar a pensar en les solucions i se li va ocórrer que el transport més eficient per a enviar informació a algú podia ser clar. Va ser l'inici de l'era de la fibra òptica.

Les fibres òptiques són cables replets de miralls per a transportar la llum amb la menor pèrdua possible. Aquesta transmissió de llum es basa en una teoria de l'òptica: la reflexió interna total. Segons aquesta teoria, si es tracta d'un angle d'atac fronterer, per sobre d'aquest límit no hi ha raigs refractats per a angles d'atac superiors, per la qual cosa tota l'energia es reflecteix. En els cables de fibra òptica no es perd llum mentre es desplaça dins del tub. Encara que les aplicacions de fibra òptica són relativament noves, les característiques bàsiques es coneixen des de fa temps. Per a 1820 Augustine-Jean Fresnel va definir les equacions de la captació de llum en les plaques de vidre. En 1910 Demetrio Hondrose i Peter Deby van desenvolupar aquestes equacions teòriques per a cables amb paret de vidre. En 1964, Stewart Miller va determinar com es podien utilitzar les característiques d'aquests cables de vidre per a enviar dades. Això va provocar que, sobretot en la indústria i la medicina, es van començar a utilitzar fins fils de vidre per a poder portar la llum a qualsevol lloc, però poc eficients. Per exemple, en el cable de fibra de 9 metres es perdia el 99% de la llum. L'any 1966, Charles Kao i George Hockham van comprovar que la pèrdua no es devia a l'escassa capacitat d'enviament de dades per part del vidre, sinó a les impureses que es van generar en el procés de fabricació del vidre, especialment l'aigua i els metalls. Després que tots dos investigadors informessin de la seva conclusió, molts científics van començar a investigar les fibres de vidre fins que en 1970 es va descobrir una que a penes va perdre. Poc temps després es va descobrir un semiconductor làser que podia ser utilitzat a temperatura ambient i al mateix temps es van desenvolupar noves tècniques de fabricació de fibres òptiques. Amb aquests canvis va arribar la revolució en el camp de les fibres, que van sortir del laboratori i van començar a usar-se en l'enginyeria.

En la dècada següent a aquests descobriments es va avançar molt en el camp de la fibra òptica, ja que van obtenir fibres que cada vegada perdien menys informació. Si en 1980 el senyal d'informació en les millors fibres perdés intensitat, havia de recórrer almenys 240 quilòmetres. No obstant això, les fibres d'aquest nivell no podien ser obtingudes mitjançant tècniques convencionals, ja que per a evitar l'entrada de la brutícia calia prendre mesures molt especials i rigoroses. El canvi va arribar amb compostos purs de silici. En aquests compostos no es recullen impureses, però per a aconseguir-les era imprescindible el desenvolupament de la termodinàmica química, alguna cosa que no va ocórrer fins a la dècada dels 80.

Els cables de les fibres òptiques actuals poden ser més fins que el pèl humà i al seu torn més resistents que l'acer. Amb l'ajuda del desenvolupament del làser, la fibra òptica ha contribuït a augmentar dràsticament la capacitat de les comunicacions telefòniques i per internet. Les aplicacions no es limiten a això, ja que són cada vegada més utilitzades en astronomia, medicina o indústria. Sense fibra òptica, les autopistes de comunicació existents en l'actualitat mai podrien construir-se.

Avantatges de la fibra òptica

1. La fibra òptica no és conductor d'electricitat, per la qual cosa no existeix risc d'electrocució.
2. La fibra òptica no és conductor de radiació ultraviolada. Molts materials, com les obres d'art que es troben en els museus, perden qualitat en sotmetre's a la radiació ultraviolada.
3. La fibra òptica no és conductor de radiació infraroja. Això significa que els sistemes basats en fibres òptiques no porten calor, la qual cosa pot ser molt bo per a circuits molt sensibles a la calor.
4. La fibra òptica és molt bona per a la focalització de la llum, permetent el seu ús en sistemes que requereixin la focalització de la llum. Així mateix, l'ús de fibres òptiques pot reduir el nombre de focus convencionals utilitzats en la il·luminació.
5. La font de llum que transporta la fibra està fora del sistema de fibra òptica, per la qual cosa en canviar la font de llum no és necessari realitzar canvis en la fibra òptica.

Publicat en 7