La fibra óptica en el desarrollo de las comunicaciones

 La fibra óptica
comunicaciones
en
el
desarrollo
de
las
Gilberto Basilio Sánchez
En los últimos años, el acceso a la información se ha facilitado tanto que
nos parece muy común consultar los periódicos utilizando medios como
la internet. El manejo de la información y la necesidad de enviarla de
manera rápida y eficiente han abierto muchos campos de investigación
que han dado paso a varios de los avances tecnológicos e informáticos
que utilizamos actualmente. A comienzos de los años 60, junto con el
rápido desarrollo de las redes de comunicaciones (en esa época se
usaban cables de cobre tendidos de las casas a una central telefónica),
se comenzaron a vislumbrar problemas que limitarían gravemente la
cantidad de información que se podía enviar a través de esas redes.
Esto causó gran preocupación, sobre todo en los países más
desarrollados, donde tanto las empresas como los particulares se habían
ya acostumbrado a recibir y enviar información a través de redes
telefónicas bastante sofisticadas para aquellos tiempos. Estas nuevas
dificultades exigían desarrollar medios que tuvieran mayor capacidad
para transmitir información (esto técnicamente se llama mayor ancho de
banda), así como crear nuevas formas que aprovecharan la red de
cableados con la cual se contaba. Colocar un mayor número de líneas de
cobre, cable coaxial o enlaces de radio, complicaba las cuestiones
prácticas y creaba nuevas necesidades; no sólo era necesario colocar
nuevos transmisores y receptores, sino también contar con numerosas
repetidoras, protegerlas de las inclemencias del ambiente y generar
señales de alta potencia a frecuencias específicas, lo cual era bastante
complicado en aquellos tiempos (las microondas se usan de manera
profusa hasta los años 80). Además, la transmisión de información se
realizaba sólo con señales eléctricas y era necesario proponer nuevas
opciones para crear otras tecnologías. El desarrollo del láser fue de gran
utilidad, pues a través de la luz se pueden transmitir grandes cantidades
de información, y el medio idóneo para conducirla era la fibra óptica (en
los años 60 estaba en pañales y desarrollándose en los diferentes
laboratorios, pero ya pintaba como una promesa que se haría realidad
en poco tiempo).
Para que exista comunicación debe existir un transmisor que envíe un
mensaje, un medio por el que se propague y un receptor que lo
interprete (se puede pensar a los autores de esta nota como los
transmisores o emisores, a la nota escrita como el mensaje y al lector
como el receptor de la información). En un sistema de comunicaciones
óptico, el transmisor es una fuente de luz y el receptor es un detector
que convierte la señal luminosa en una señal eléctrica que se puede
interpretar de manera simple. Al igual que en los sistemas donde se
utilizan señales eléctricas para enviar información, los sistemas de
comunicación óptica envían generalmente la información en forma
codificada cambiando en forma sistemática alguna característica de la
onda de luz emitida por la fuente. Las características más utilizadas para
codificar la información son la amplitud, la frecuencia y la longitud de
onda. La amplitud puede interpretarse como la cantidad de energía que
lleva la onda, y el cambio entre dos valores de energía puede, por
ejemplo, representarse con un 1 o un cero, que en conjunto podrían
utilizarse para desarrollar códigos similares al Morse. La frecuencia de la
onda indica cuántas veces en un segundo la onda alcanza el punto de
energía máxima y en el sistema internacional de unidades (SIU) se mide
en unidades de 1/segundo (1/s ó s-1), conocidas comúnmente como
Hertz.
Finalmente, la longitud de onda puede interpretarse como el color de la
luz, y, en el SIU se especifica generalmente en metros. Las longitudes
de onda de la luz visible están en el intervalo de 400 a 700 nanómetros
(un nanómetro: 1x 10-9 m, o bien, una millonésima parte de un
milímetro); por ejemplo, un rayo láser de color rojo tiene una longitud
de onda de 633 nanómetros. En las comunicaciones, la frecuencia es
siempre una medida de la capacidad de enviar información, y si
consideramos que el intervalo de frecuencias de las ondas ópticas está
alrededor de 100 billones de hertzs, nos podemos dar cuenta de la
enorme capacidad que pueden tener los sistemas de comunicación
ópticos.
El trasmitir información y crear un sistema de comunicación utilizando la
luz ya había sido demostrado por Graham Bell en 1880 mediante el
fotófono. Éste era un aparato muy sencillo que usaba luz solar para
transmitir señales de sonido. Fue hecho con una membrana con un
vidrio, un espejo y un auricular. La membrana-vidrio refleja la luz del
Sol hacia el espejo, que puede ubicarse hasta a 200 metros de
distancia; si se hace vibrar la membrana con sonido, por ejemplo,
cantando, el espejo que tiene pegado hará que la luz reflejada también
vibre. Estos cambios de la membrana podrán ser interpretados en otro
lugar por otro espejo y, con un elemento especial, reproducir la señal de
voz. El fotófono se considera el sistema pionero de las comunicaciones
ópticas y sirvió para demostrar la factibilidad de enviar información
utilizando luz.
La aparición del rayo láser como fuente de luz monocromática (de un
solo color), estimuló la explotación de las comunicaciones ópticas y
resolvió el problema de enviar altos flujos de información a frecuencias
muy altas (el espectro de frecuencia nos dice que la luz visible se
encuentra en frecuencias muy por encima de las eléctricas o las
microondas, por eso se les llama altas). En los años 70 comenzaron los
estudios básicos sobre los procesos de modulación y detección de la luz
que eran necesarios para convertir el mensaje óptico en uno eléctrico
fácil de interpretar. Sin embargo, el punto clave para que estos sistemas
de comunicación pudieran desarrollarse como hasta ahora, fue hallar el
medio más adecuado para transmitir la luz.
A pesar de que se han desarrollado sistemas de comunicaciones ópticos
que utilizan el espacio libre como medio de transmisión, las
características del medio ambiente y sus fluctuaciones (lluvia, rayos del
sol, partículas en el aire, etc.) impiden el envío de información a
grandes distancias. El medio idóneo resultó ser, entonces, la fibra
óptica. A través de ella no sólo se puede propagar la luz con una
interferencia mínima, sino que se puede proteger del medio ambiente.
Con las fibras ópticas se pueden establecer enlaces punto a punto (como
de una casa a una central telefónica, o de central a central) y pueden
existir diferentes técnicas para codificar la información que se propaga
por ella a miles de kilómetros. La trascendencia y el impacto de la fibra
óptica en los sistemas de comunicación óptica es tal que ha
transformado los sistemas de comunicación en sistemas de
telecomunicaciones que pueden transmitir mensajes a cientos de
kilómetros.