Tipos de Fibra y sus caracteristicas y tipos de diodos

Antes, en 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura.

Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.

Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación. Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente manera: Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros.

En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.

Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia. Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los
cables de cobre.

Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de 10,000 pares de cable de cobre convencional para brindar servicio a ese mismo número de usuarios, con la desventaja que este último medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere de grandes volúmenes de material, lo que también eleva los costos.

Comparado con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus señas, ( decremento o reducción de la onda o frecuencia ) es de tal magnitud que requieren de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que halla necesidad de recurrir a repetidores lo que también hace más económico y de fácil mantenimiento este material.

Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución entre otros.

En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo ), empalme, línea de fibra óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.

En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de LED'S (diodos emisores de luz ) y lasers.

La fibra óptica es una hebra muy fina, de un vidrio muy especial, que puede ser de solamente 125 micras de diámetro. Esta hebra de vidrio tiene aproximadamente el mismo grosor que un cabello humano. Se ha demostrado que las ondas electromagnéticas que conforman la luz tienden a viajar a través de una región que posea un índice de refracción alto. Por tanto, hacemos el centro de la hebra de vidrio él núcleo (cristal de silicio) de esa clase de materiales. Algunas fibras de vidrio tienen un diámetro de núcleo de únicamente 50 micras, y tiene un índice de refracción de tipo gradual. La importancia de contar con un núcleo de este tipo es conseguir un núcleo que posea un ancho de banda algo mayor que el que tendría otro cuyo índice de refracción fuera idéntico en todas partes. Ahora que ya tenemos el núcleo y con el fin de retener la luz dentro de él, necesitamos recubrirlo con alguna clase de material, de un índice de refracción diferente. Si no lo hacemos, no se obtendrían las reflexiones necesarias en la unión de ambos materiales. De este modo, se ha formado otro revestimiento en el núcleo que se denomina cubierta (silicona) y que tiene un índice de refracción menor que el del propio núcleo. Finalmente, para hacerlo más robusto y prevenir daños a la cubierta, se suele formar una "protección" o "envoltura" (poliuretano) sobre la cubierta que generalmente es de algún tipo de material plástico.

Hemos de tener en consideración la transmisión digital de jmpulsos de luz a velocidades muy altas, a través de esta fibra, y nos gustaría conocer de qué manera, por su conducto y simultáneamente, pueden enviarse a través de ella múltiples conversaciones, imágenes, etc.

TIPOS DE FIBRA ÓPTICA.
La fibra óptica está considerada aún como una tecnología relativamente nueva con respecto a los otros soportes. Su ya extendida utilización, se encuentra en plena evolución. Se utiliza un haz de luz modulado. Una guía cilíndrica de diámetro muy pequeño (de 10 a 300 m m), recubierta por un aislante, transporta la señal luminosa. El haz de luz se propaga, por el núcleo de la fibra. El diámetro exterior varía entre 100 y 500 m m
Hubo que esperar hasta los años 60 y a la invención del láser para que este tipo de transmisión se desarrollase. Existen tres tipos de fibras, diferenciándose por el índice de refracción de los materiales que la constituyen y el diámetro de su núcleo:. fibra multimodo de índice escalonado;
. fibra multimodo de índice de gradiente gradual;
. fibra monomodo.a) Fibras multimodo de índice escalonado.

Las fibras multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado.

Si se considera un rayo luminoso que se propaga siguiendo el eje de la fibra y un rayo luminoso que debe avanzar por sucesivas reflexiones, ni que decir tiene que a la llegada, esta segunda señal acusará un retardo, que será tanto más apreciable cuanto más larga sea la fibra óptica. Esta dispersión es la principal limitación de las fibras multimodo de índice escalonado. Su utilización a menudo se limita a la transmisión de información a cortas distancias, algunas decenas de metros y flujos poco elevados. Su principal ventaja reside en el precio más económico.

Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en el dibujo. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.
La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 m (diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de
fibras:. multimodo de índice escalonado 100/140 m m;
. multimodo de índice de gradiente gradual 50/125 m m;
. multimodo de índice de gradiente gradual 85/125 m m.

Potencialmente, este último tipo de fibra ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único ). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m m. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.

Generalmente, las fibras ópticas se agrupan para formar cables ópticos de 2, 4, 6, 144 o 900 fibras. Se trata de un soporte particularmente eficaz para enlaces digitales punto a punto. Los enlaces multipunto realizados mediante acopladores o estrellas ópticas se puede transmitir en banda base (la información es transmitida por presencia o ausencia de intensidad luminosa) o en analógica (por modulación de la amplitud de la intensidad luminosa). A continuación vemos una tabla que resume las características de los diferentes tipos de fibras.

La fibra óptica tiene muchas ventajas:
. una banda de paso muy ancha, lo que permite flujos muy elevados (del orden del Ghz);
. pequeño tamaño, por tanto ocupa poco espacio;
. gran flexibilidad, el radio de curvatura puede ser inferior a 1 cm, lo que facilita la instalación enormemente;

. gran ligereza, el peso es del orden de algunos gramos por kilómetro, lo que resulta unas nueve veces menos que el de un cable convencional;
. una inmunidad total a las perturbaciones de origen electromagnético, lo que implica una calidad de transmisión muy buena, ya que la señal es inmune a las tormentas, chisporroteo...;
. gran seguridad: la intrusión en una fibra óptica es fácilmente detectable por el debilitamiento de la energía luminosa en recepción, además, no radia nada, lo que es particularmente interesante para aplicaciones que requieren alto nivel de confidencialidad;
. no produce interferencias;
. insensibilidad a los parásitos, lo que es una propiedad principalmente utilizada en los medios industriales fuertemente perturbados (por ejemplo, en los túneles del metropolitano).
Esta propiedad también permite la coexistencia por los mismos conductos de cables ópticos no metálicos con los cables de energía eléctrica.;. un aislamiento galvánico natural del cable;
. una atenuación lineal no muy pequeña, lo que permite salvar distancias importantes sin elementos activos intermedios;
. una pequeña atenuación e independiente de la frecuencia;
. gran resistencia mecánica (resistencia a la tracción, lo que facilita la instalación);
. resistencia al calor, frío, corrosión;
. facilidad para localizar los cortes gracias a un proceso basado en la telemetría, lo que permite detectar rápidamente el lugar y posterior reparación de la avería, simplificando la
labor de mantenimiento.
Sin embargo presenta algunos inconvenientes:
. no presenta difusión natural (se trata de un soporte unidireccional);
. equipos terminales aún demasiado costosos;
. la especialización del personal encargado de realizar las soldaduras y empalmes.

El canal de fibra óptica no permite que los rayos de luz deseados escapen de su interior. Es capaz de manejar transmisión de esos rayos de luz en dos sentidos de tal forma que uno puede (pero no necesariamente) mirar por un extremo y ver lo que está pasando en el otro extremo. Con estos rayos de luz existe la posibilidad de transmitir sonido, quizás también imágenes, estos sistemas de transmisión de fibra óptica abren un concepto completamente nuevo en sistemas de comunicaciones. Además, poseen ventajas únicas en cuanto a eliminación de ruidos e interferencias.

Esta es la esencia de la fibra óptica. La canalización de rayos de luz a través de "caminos de fibra ópticas" y la generación de frecuencias de luz apropiadas y de una forma también apropiada para permitir fácilmente el paso, cualquiera que sea el tipo de sustancia que se emplee para el canal. Esto implica que distintos tipos de sustancias (los cuales caen dentro de la categoría "óptica" o "de vidrio" ) poseen diferentes características que hacen la conductividad de ciertas frecuencias de luz más sencillas que de otras. En un concepto elemental, significa simplemente que algunos tipos de fibras ópticas conducen determinadas frecuencias de luz mejor que otras frecuencias. Se debe generar la frecuencia de luz apropiada que pase a través de un tipo de fibra dada.

Se asocia la creación de luz con el paso de electricidad a través de un cable en una ampolla de vidrio. Se sabe también, que la luz es un componente del espectro electromagnético por James Clerk Maxwell. Demostró que los rayos de luz eran ondas de naturaleza electromagnética y demostró también que tales rayos u ondas tienen todos la misma velocidad en el espacio libre. Esa velocidad es 3 * 108 m/sg. El margen de las radiaciones electromagnéticas va desde una frecuencia cero (Hertzios/sg) hasta frecuencia infinita, y la luz varía en un margen de frecuencias cuyas longitudes de onda van desde 102 m a través de la región ultravioleta de 108 m subiendo en frecuencia a través de la región de los rayos gamma de longitud de onda 1014 m.No debería sorprendernos considerar que si la velocidad de la luz es una constante en el espacio libre y que si la velocidad consiste en un valor promedio sobre una distancia infinita, que pudieran y debieran existir algunas "fluctuaciones" en esa velocidad en distancias finitas más pequeñas y a través de varios tipos de medios de conducción. Se piensa en la reducción de la velocidad de propagación de los rayos de luz al atravesar varias lentes. Mientras que la componente de velocidad total sobre una distancia infinita en el espacio libre permanezca constante, no se violará la ley de la cual partió Maxwell en sus teorías. Los experimentos han demostrado que esas variaciones finitas de la velocidad son ciertas.

Si un rayo de luz viaja de un medio a otro, se curvará en el caso en que los dos materiales posean diferentes propiedades de conductividad de rayos luminosos. Un ejemplo típico es como un humano observando a un pez en el agua, le ve en un punto donde realmente no está situado. El motivo por el que se curvan los rayos de luz es debido a que nuestra visión se basa en los rayos que penetran en nuestros ojos, y los rayos que forman el pez son rayos de luz reflejados, que salen del pez (y del agua) y entran en otro medio con distinta conductividad.

También podría existir un ángulo crítico de incidencia de forma que excederlo puede dar lugar a una situación de no reflexión (propagación). En la transmisión de ondas de radio cuando las ondas que no son reflejadas "golpean" la capa de Heaviside unas son reflejadas y otras no. Las que no son reflejadas "golpean" la capa con un ángulo mayor que el crítico para la reflexión y de esta forma atraviesan la capa de Heaviside a lo largo de una línea refractada.

A. Los rayos reflejados y refractados están situados en un plano que contiene el rayo incidente y la perpendicular (normal) a la superficie del material de reflexión o refracción, siendo el ángulo de incidencia igual al ángulo de reflexión. B. La ecuación :seno del ángulo de incidencia _________________________ = n2 / n1 seno del ángulo de refracción
donde n2/n1 es un número llamado índice de refracción (valor constante) del segundo medio con respecto al primero a través de los que pasa el rayo.

Willebrob Snell fue la persona que descubrió la ley relacionada con estos fenómenos en el año 1621. Lo que él propuso es una ecuacion que ha permanecido vigente durante varios cientos de años, que es importante para nuestro concepto de cómo viajan los rayos de luz a lo largo de nuestro "tubo luminoso". La expresión comúnmente utilizada de esta
ley es:Ley de Snell = n1 sen (q) = n2 sen (q)lo cual dice simplemente que la relación de los índices de refracción es igual a la relación de los senos del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción. Un rayo de luz que viaja a través de la cubierta y que penetra en el material del núcleo de la fibra, se curva un ángulo menor que el de incidencia. O por decirlo de otra manera, el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de refracción.

La propagación monomodo se produce cuando el núcleo es muy pequeño (solamente una fracción del tamaño de un cabello humano). Esto hace que la unión de un número de fibras extremo con extremo (para formar un gran tramo de dichas fibras) resulte tarea complicada. El problema de la dispersión, dicho de forma sencilla, significa que varias
frecuencias, y por tanto, varias longitudes de onda, se propagan por la fibra en unas condiciones que no son perfectas.

Los problemas de dispersión modal pueden afectar a la transmisión de cualquier información emitida por medio de impulsos de luz. Esto se denomina algunas veces como capacidad a la respuesta impulsiva de la fibra óptica. La dispersión modal y la del material tienden a ensanchar los impulsos de luz respecto del tiempo y aunque la transmisión de información pudiera haber comenzado con impulsos cortos y perfectamente espaciados, este tipo de dispersión puede ocasionar que los impulsos ocupen un gran intervalo de tiempo y de este modo reducir el espaciamiento temporal entre ellos llegando, en el peor de los casos, a solaparse los impulsos no existiendo así ni impulsos ni espacios. Habría únicamente un rayo de luz continuo en la salida. La dispersión relaciona, pues, la velocidad de propagación de las distintas frecuencias dentro de la banda de frecuencias transmitidas por la guía de luz óptica.

Tenemos que tener en cuenta que el modo y dispersión son términos importantes en fibra óptica de forma que vamos a intentar profundizar en su interpretación. "Modo" está relacionado con el número y clase (longitud) de las longitudes de onda que podrían propagarse a través del núcleo de una fibra óptica y además el modo está relacionado con la propagación de estas longitudes de onda normalizadas o referidas a un kilómetro de longitud del material de la fibra óptica.

Si sabemos que un LED utilizado para excitar un haz de luz en una fibra óptica envía una banda de frecuencias luminosas por la fibra, entonces no tendremos ninguna dificultad en comprender la idea de que existen varias longitudes de onda o fuentes de onda que se mueven en el interior de ese material transparente. Tampoco deberíamos tener problemas al considerar el hecho de que algunas de estas ondas pueden viajar en una línea recta a través de la fibra y que algunas rebotan al ser reflejadas por la unión del núcleo y la cubierta. Todo ello necesitará de un largo período de tiempo para viajar desde el extremo de entrada de la fibra hasta el extremo de salida. Un LED puede tener una banda entre +25nm y 25nm alrededor de una frecuencia central. El LED genera esta banda precisamente por la forma en que trabaja y por tanto tenemos un número de longitudes de onda intentando viajar a través de la fibra óptica cuando se la excita con una fuente. Algunas de ellas no consiguen llegar al final porque entran formando tal ángulo, que exceden el ángulo crítico de propagación de modo que se escapan hacia el interior de la cubierta y se pierden para siempre. Pero muchas de ellas penetran en la fibra con el ángulo cónico de aceptación necesario, y así se propagan en una dirección u otra a lo largo de la longitud de fibra. En términos técnicos, los modos son ángulos de incidencia discretos para los
rayos de luz.

Recordando la tecnología y la historia del radar, vemos que cuando se desean impulsos de forma bastante abrupta es preciso poner muchas frecuencias juntas. Partiendo de esta premisa, si decimos que algunas frecuencias emitidas por una fuente de luz pulsante no alcanzan la salida de la fibra al mismo tiempo que otras frecuencias, significa que tenemos algunos retardos en la transmisión. Ello afecta probablemente a la forma del impulso en la salida (redondeándolo, haciéndolo menos definido, y así sucesivamente). Si estamos realizando una transmisión lenta de impulsos no existe ningún problema; ahora bien, seguramente los tendremos si nos encontramos en el margen de 50 megabits o superior.
Retardos de este estilo provocan errores, pérdidas de impulsos y de su forma, y todo tipo de circunstancias negativas. Esta clase de retardos tiene un nombre, dispersión cromática, lo cual quiere decir que son retardos variables debidos a que varias longitudes de onda están intentando propagarse a través de la fibra óptica.

Hay otro efecto llamado dispersión multimodal. Es un concepto que se comprende si se recuerda que en el espectro electromagnético existen interferencias entre una onda y otra,
tanto en el margen de luz visible como en el invisible. Entre los efectos positivos en la transmisión de rayos de luz a través de la fibra óptica existe un efecto llamado mezcla de modos que puede tener lugar en los empalmes y en el interior de las propias fibras. Cuando los caminos de las diferentes frecuencias luminosas son distintos los rayos tardan tiempos diferentes en viajar desde la entrada hasta la salida. En la "mezcla de modos" existe una cierta interacción entre los diversos modos (caminos), de tal manera que el tiempo que tardan todos los rayos en llegar a la salida tiende a ser un valor medio. Ello significa que los retardos tienden a equilibrarse y que todos los rayos tienden a llegar a la salida al mismo tiempo. En realidad no es posible reducir el retardo a cero, por lo que todavía existirán algunos retardos, aunque no serán tan perjudiciales como si no existiera este fenómeno de mezcla.

Con una fibra óptica, incluso si está hecha de un plástico transparente, se puede "canalizar " la luz desde un punto a otro, introduciéndola en un extremo de la fibra, de tal forma que se produzca una reflexión total en la frontera de la salida de la varilla (donde la cubierta o el material que sirve de refuerzo se une a su superficie) si y sólo si la luz se introduce con un ángulo menor que el crítico. El ángulo crítico, bajo el cual la luz "golpea" la frontera de los dos materiales (sean plástico y aire u otros cualesquiera), es menor que aquél que permite a la luz pasar a través de esa frontera.

Dado que el ángulo crítico es aquel cuyo seno es 1,00/1,50 = 0,667, el ángulo es de 41,7 grados. Esto significa que si los rayos de luz inciden sobre la frontera de la varilla de vidrio
bajo un ángulo menor que aquél, medido desde la perpendicular al eje de la varilla, la luz escapará hacia el segundo medio a través de los límites de la varilla.

A menos que el ángulo de incidencia sea de 90 grados (ángulo bajo el cual todos los rayos de luz se escapan hacia el segundo medio y no viajan a lo largo de la varilla) algunos rayos se verán reflejados a lo largo de la varilla aún en el caso de que el ángulo sea menor que el ángulo crítico. Pero cuanto más próximo a 90 grados sea el ángulo incidente, menor será el número de rayos reflejados, hasta que al llegar a los 90 grados ninguno viajará por la varilla.

Hagamos una observación: como las imágenes son variaciones de la intensidad luminosa que incide sobre nuestros ojos, si pudiéramos hacer que estas variaciones de luz se dirigieran hacia nosotros a través de una fibra o de un haz de fibras ópticas, entonces podriamos "ver" cosas que estuvieran siendo enfocadas en el otro extremo de la fibra haciendo que dichos objetos estén adecuadamente iluminados. Un haz de fibras puede encauzar los rayos de luz y otro haz, utilizado con lentes amplificadoras, puede usarse para observar lo que ocurre en el interior.

Cuando estamos considerando la transmisión de imágenes empleando haces de fibras ópticas, debemos recordar que cada fibra transmite normalmente sólo un pequeño segmento de la imagen. Por esta razón, es corriente utilizar tales "haces" de fibras (en los cuales cada una lleva sólo una pequeña parte de imagen) para transmitir una escena desde un extremo al otro de la fibra.

Los extremos de las fibras en el lado receptor son todos ellos visionados simultáneamente con el fin de poder ver la imagen.

Conocida la flexibilidad de las fibras, y puesto que tienen un diámetro muy pequeño, es posible recubrirlas con algún material de refuerzo, de forma que los esfuerzos y tensiones mecánicas no les afecten.

Se ha descubierto que si algunas fibras son "afiladas" de forma que sean grandes en un extremo y más pequeñas en el otro extremo disminuyendo su sección en forma cónica, la extremidad mayor puede colocarse de manera que vea la imagen; luego, los propios rayos de luz la transportarán intacta a lo largo de la fibra para que se pueda ver con relativa facilidad, utilizando lentes de aumento que pueden o no estar físicamente aplicadas en el otro extremo de la fibra. Hay otros fenómenos que se originan en la reflexión y la refracción de la transmisión de rayos de luz. Es la llamada "refracción doble", de importancia porque puede facultar la división de un rayo y tener dos secciones o haces que estén polarizados perpendicularmente entre ellos. Un sistema de fibra óptica no debe ocasionar la cancelación de los rayos en su interior pues de lo contrario las pérdidas serían demasiado grandes para que dicho sistema de transmisión fuera práctico.

Una de las consideraciones más importantes en la utilización de fibras ópticas y rayos de luz para transmisión de datos y comunicaciones es el hecho de que los rayos luminosos son prácticamente inmunes a las interferencias eléctricas cuando se envían sobre un camino de transmisión de fibra óptica. Las radiaciones electromagnéticas, como descargas eléctricas, rayos y efectos de diafonía que actúan como fuentes de interferencias, son prácticamente eliminados en un sistema de transmisión por fibra óptica.

Debemos tener presente el significado del uso de la luz y de las frecuencias luminosas en las comunicaciones. Si consideramos el hecho de que para la transmisión de información es necesaria una pequeña banda de frecuencias (quizás del orden de los kilohertzios), pensemos entonces en la cantidad de bandas que puede contener la región luminosa del espectro de frecuencias sin que se interfieran unas con otras. Además, como las bandas pueden hacerse más anchas, es posible transmitir información a velocidades mucho mayores. Podrían llegar a usarse velocidades del orden de los gigaherzios e incluso superiores y aún así nos quedaría una anchura de banda suficiente para poder manejar un gran número de canales simultáneamente. En los sistemas de fibra óptica pueden enviarse datos digitales y analógicos de manera conjunta sin ningún tipo de problemas. Esto significa que los costes son menores que con los cables de cobre, hay también menor diafonía e interferencias, una menor cantidad de cables significa que casi inevitablemente, más tarde o más temprano todos los canales de comunicaciones telefónicas utilizarán este medio para la transmisión de datos, teléfono, telégrafo y señales de video.

Si queremos enviar información a través de fibras ópticas que sean de un tipo determinado y construidas de forma que los rayos de luz viajen por su interior, en primer lugar debemos tener fibras de una pureza y composición necesarias para que esta luz pase fácilmente y sin mucha atenuación. En segundo lugar, precisamos alguna clase de fuente de luz que emita un haz brillante y muy direccional, de manera que podamos introducirlo en la fibra óptica con la mayor eficiencia posible. Las fibras tienen un diámetro muy pequeño (una fracción de milímetro) y que deben poseer una composición tal que las pérdidas de luz sean menores de 20dB/km. Con el canal disponible dentro de la resistencia y del estado de pureza requeridos y con los LEDs y los laseres de estado sólido como fuentes luminosas. Los diodos tipo PIN y APD poseen la eficiencia de conversión de luz a electricidad necesaria, son de pequeño tamaño y además tienen un tiempo de recuperación lo bastante rápido.

Se ha descubierto por medio del análisis matemático y también a través de experimentos que en varios materiales existen las llamadas "ventanas ópticas". Esto significa que a unas determinadas frecuencias, las ondas pasaran a través de esos materiales más fácilmente que a otras frecuencias (luminosas). Parece ser que en el caso de las fibras ópticas, si tenemos frecuencias por encima de unas 1,28 micras (o en la región infrarroja), los efectos de dispersión y de las pérdidas de material debidas a la propagación de las ondas tienden a cancelarse unas con otras y crear "ventanas" (significando una transmisión a esas frecuencias realmente buena pues se han reducido las pérdidas en la fibra). Algunos experimentos tienden a demostrar que trabajando en frecuencias aún mayores que las infrarrojas, se puede llegar a conseguir unas características de transmisión, incluso sobre distancias superiores que las que hasta ahora se habían alcanzado.

Lo que nosotros deseamos es la "ventana" apropiada para que los rayos de luz puedan ser enviados a nuestros dispositivos entrada/salida y obtener las mejores características de computación, control y comunicación. Esto quiere decir que los dispositivos de salida deben ajustarse a la fibra óptica para la transmisión de las frecuencias de la luz apropiadas con la intensidad correcta, así como con el ángulo de entrada y la polarización adecuadas. El dispositivo de entrada debe ser diseñado de forma que acepte eficientemente esa polarización para asegurar un sistema lo más fiable, eficiente y de coste eficaz.

Para la fabricación de fibra óptica, se calienta arena, sílice y quizás algunos otros productos químicos hasta que se fundan. Se les remueve hasta que formen una mezcla uniforme. A continuación, se comienza a formar la varilla de vidrio de manera muy similar a como se hizo en cobre. En el proceso de estiramiento del vidrio, es posible que deba añadirse calor para mantener la correcta plasticidad del material, de tal manera que se consiga ese minúsculo tamaño de las fibras ópticas.

El estirado de diversos tipos de fibras ópticas se realiza en máquina. En esta máquina de fabricar fibra óptica se añade calor en los "lugares de estiramiento", de forma que la fibra de vidrio se convierta en plástico y alcance su diminuto diámetro. Algunas máquinas controlan el tamaño de la fibra para asegurar que se mantiene el diámetro correcto.

El problema de la dispersión, significa esencialmente, que para ciertas clases de fibras y para ciertos métodos de propagación a través de estas fibras, no es posible distinguir los impulsos de salida en el peor de los casos, y en los otros quedan muy distorsionados, debido a que no todas las frecuencias de luz involucradas en los impulsos se transmiten de igual manera, con la misma eficiencia y con igual fase o tiempo. Por tanto cuando se recombinan a la salida de la fibra, la señal puede ser realmente confusa, en lugar de obtener abruptos y claros. Sabemos que las fibras ópticas cuyo índice de refracción varía gradualmente ofrecen una dispersión menor del impulso que una fibra de índice de refracción de acuerdo con las especificaciones científicas para conseguir así la mejor transmisión de luz posible. Existen máquinas que son capaces de lograr ese índice de refracción gradual utilizando un método de posición y muchas capas de diversos materiales químicos.En el proceso de fabricación se atiende al tamaño de las fibras.

El problema en la fabricación que afecta a la resistencia de la fibra es la existencia de defectos en la fabricación del vidrio, lo cual limitará dicha resistencia ante tensiones y esfuerzos.

Podríamos imaginar que la resistencia de una fibra óptica pudiera estar relacionada con su longitud. Es natural que cuanto más larga sea la fibra fabricada, más probable será la existencia de defectos generados o aparecidos debidos a "circunstancias fuera del control de la producción" que más tarde provocarán problemas de fractura.En fabricación se llevan a cabo todo tipo de esfuerzos para hacer que una fibra sea resistente.

La utilización de fibras ópticas en aplicaciones de computadores presenta algunos problemas relacionados con informes y estudios que hasta la fecha han circulado. Uno de los mayores de estos problemas, es la rotura de las fibras cuando se utiliza en cables y en conectores. Esto será superado con el tiempo cuando se fabrique un producto de superior calidad y se mejoren las técnicas de fabricación.Pero la investigación superará estos problemas, siendo sólo cuestión de tiempo y de inversiones monetarias en el estudio.Por supuesto, todos los equipos asociados (fuentes de luz, receptores, equipos de interconexión, etc.) que deben utilizarse con los computadores, tendrán que ser igualmente desarrollados a gran velocidad. Pero, una cosa es cierta: con las ventajas en cuanto a operación, coste, eficiencia y tiempo, no existe ninguna duda de que estas pequeñísimas fibras ópticas y todos sus elementos asociados (conectores, empalmes, equipos de interconexión y de control, etc.) van a ser en un futuro próximo una consideración de primer orden en el mundo de los computadores.

Es necesario un sistema de medidas que determine la eficiencia del canal de luz que utiliza fibra óptica. Un invento que describe cómo puede medirse una guía de luz utilizando una combinación de propiedades ópticas consiste en la inyección, en uno de los extremos de la fibra, de un impulso de luz polarizada. Las reflexiones que se producen en las discontinuidades, que no están polarizadas, se hacen incidir sobre un detector de luz, de forma que los impulsos de luz polarizada no puedan alcanzar dicho detector.

Sperry Research ha desarrollado un sistema de bus de datos de doble seguridad incorporado a varios terminales. El bus de datos está en un sistema de funcionamiento en serie, consiste en un terminal principal que contiene una unidad principal de procesos (CPU), fuentes LEDs, un fotodiodo detector y diversos terminales remotos transmisorreceptor. El sistema de transmisión está formado por fibras multimodo y los datos pueden ser impresos o grabados en cada terminal del sistema. El propósito de la investigación era que el sistema continuara operativo incluso en el caso de fallo en la alimentación en uno o más de los terminales remotos.

Después de pensar en muchos tipos de terminales, se construyó uno colimado angular y un terminal espejo, compatibles ambos con fibras ópticas multimodo de bajas pérdidas, con apertura numérica de aproximadamente 0,15. Ambos dispositivos utilizan cristales de LiTaO3 de 85 micras de espesor para controlar el flujo de luz, sirviéndose del efecto electroóptico para estos cristales. Se demostró finalmente que el sistema formado por tres espejos en los terminales cumplía los objetivos y proporcionaba una doble seguridad, cuando se ensamblaba en un sistema completo.