Ver y oír a través de vidrio
LA LUZ, símbolo misterioso y antiguo de la sabiduría y la inteligencia, actualmente ha dejado de ser solo un símbolo. En años recientes la luz ha asumido de manera rápida y silenciosa el papel que le corresponde, convirtiéndose en un verdadero vehículo de transmisión para toda clase de información. Para que la luz pudiese alcanzar su verdadero potencial como transmisor de información a través de grandes distancias, fue necesario el aprovechamiento de dos recursos: 1) una clase especial de luz y 2) una clase especial de guía para la luz.
Desde hace muy poco tiempo, gracias a una serie de nuevos y emocionantes descubrimientos, se ha estado enviando una cantidad considerablemente grande de información diversa, cubriendo largas distancias a gran velocidad, mediante el uso de rayos de luz. Sí, actualmente es posible hablar, ver y oír con sorprendente rapidez y eficacia, por medio de finísimos rayos de luz que viajan a través de fibras de vidrio del grosor de un cabello. Esas fibras de vidrio, finas como el hilo de una tela de araña y protegidas dentro de cables, ya unen ciudades de los Estados Unidos, de Europa y del Japón. Actualmente se están extendiendo a través de los océanos, de un continente a otro.
¿Cómo es posible esto, pues es sabido que la luz tiende a viajar en línea recta? ¿Qué es lo que hace posible que los finísimos rayos de luz permanezcan dentro de las fibras de vidrio a medida que estas se curvan en los recodos? ¿Cómo es que esos rayos viajan tan lejos y transportan tanta información? Esto es posible gracias a una clase especial de luz... la luz coherente.
Una eficiente luz coherente
La ventaja de usar un rayo de luz coherente en vez de un rayo de luz ordinaria para transmitir información, puede ilustrarse por medio de comparar los fotones de luz que viajan a través de una fibra de vidrio con algunos hombres andando por una carretera. Podemos imaginarnos un rayo de luz ordinaria como si fuese una multitud de hombres de diferentes estaturas, cada uno caminando a su paso y tropezando unos con otros. Mientras que un rayo de luz coherente podría compararse a soldados, todos de la misma estatura, desfilando en formación y marcando el paso. Al marchar marcando el paso, sin tropezar unos con otros, obviamente se lograría que una mayor cantidad de hombres cubriera distancias más largas, de manera más eficaz y con menos pérdida de energía. Lo mismo sucede con la luz coherente.
Dicho esto, tal vez alguien pregunte: “¿Por qué se ha tardado tanto en emplear la luz de este modo? ¿Por qué nadie ha pensado antes en este uso?”. En realidad, esta idea no es enteramente nueva. Por lo menos una persona, Alexander Graham Bell, vio las ventajas de transmitir la voz por medio de la luz, y publicó en 1880 un tratado científico titulado “El selenio y los fotófonos”.
Esta fue una idea muy avanzada, pero sin la luz coherente su invento solo hubiese tenido un éxito limitado. No fue sino hasta la década de los sesenta que se satisfizo la primera condición indispensable, gracias al desarrollo del LÁSER (amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación). Graham Bell tampoco tuvo a su alcance la segunda condición esencial: una guía sumamente eficaz para la luz que permitiese transmitir la información.
¿Cómo funcionan esas ingeniosas guías de vidrio para la luz?
Mientras el desarrollo del láser continuaba, otros se ocupaban en inventar y diseñar materiales de vidrio de gran transparencia e ingeniosa composición que permitían que la luz coherente del láser recorriese distancias considerables. Luego, de estos materiales se hicieron fibras del grosor de un cabello.
Quizá muchos de nosotros recordemos haber visto lámparas ornamentales de mesa, muy llamativas, hechas de fibras de vidrio iluminadas. La lámpara se compone de manojos de fibras de vidrio o plástico dispuestos como un ramillete de flores e iluminado desde su base. En esos ornamentos por lo general solo se usa luz ordinaria para iluminar las fibras. Esto en cierto modo ilustra cómo puede hacerse que la luz viaje a través de las fibras de vidrio siguiendo la curvatura de la fibra, en vez de viajar en línea recta como hace generalmente. En esas lámparas ornamentales la luz solo viaja distancias muy cortas.
A fin de que la luz pueda viajar distancias mucho más largas que en las lámparas ornamentales, se han ideado revestimientos especiales a base de vidrio o plástico. Esos revestimientos especiales hacen que cualquier rayo de luz que tendiese a escapar se mantenga en la fibra, evitando así una ulterior pérdida de luz. Existen diversos e ingeniosos tipos de composición y construcción de esos revestimientos. Sin embargo, muchas de esas variedades, cada una en función de sus particulares condiciones especiales, sirven para incrementar la distancia que recorre la luz.
A pesar de que esas hebras, o fibras de vidrio han incrementado mucho la capacidad de transmitir y guiar la luz, todavía es necesario introducir la luz en las fibras en el ángulo crítico o menor. Podemos entender cómo funciona este principio si tomamos como ejemplo la serena superficie de un lago que puede hacer las veces de un espejo. De hecho, los árboles que están a la orilla del lago a veces pueden verse reflejados sobre su superficie. Este efecto de espejo es posible debido a que la luz que llega a nuestros ojos procede de un ángulo muy pequeño. Precisamente en este ángulo particular, llamado ángulo crítico, o bien en cualquier otro ángulo inferior, la superficie del agua refleja la luz como un espejo. De igual manera, cuando se introduce la luz dentro de las fibras de vidrio en el ángulo crítico o menor, dicha luz es reflejada internamente dentro de la fibra como en un espejo, con muy poca pérdida de luz.
Se espera que esos rayos viajen hasta distancias de 40 kilómetros (25 millas) o más dentro de esas finísimas fibras sin tener necesidad de regenerar la luz. Las perspectivas futuras son aún más optimistas. Según un informe reciente, se han desarrollado fibras de muy baja pérdida “que pueden transmitir información a miles de kilómetros sin necesidad de repetidores”.
A fin de proteger esos maravillosos conductores de luz, es necesario recubrirlos con capas y envolturas de materiales protectores. Además, a menudo se refuerzan con fibras y alambres, de alta resistencia, así como conductores eléctricos, para formar pequeños cables. Protegida dentro de cable, la fibra de vidrio permite una transmisión de información tan eficaz y cuantiosa que ya no es posible que la corriente eléctrica que viaja a través de alambres ordinarios de cobre pueda competir con ella. Esto es especialmente cierto con respecto a las distancias largas. Pero, ¿cómo pueden transmitirse información, fotografías y voces humanas por medio de esta clase especial de luz a través de esas finísimas fibras de vidrio?
Cómo pueden esas finísimas fibras transportar cargas tan grandes
Aunque las clases especiales de rayos de luz y las ingeniosas fibras de vidrio puedan impresionarnos, la manera en que estos rayos transportan sus enormes cargas de información es igualmente impresionante. Una razón básica radica en la gran velocidad de la luz, aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo (186.000 millas). Y otra, las frecuencias extremadamente altas de las ondas lumínicas, que se elevan a miles de millones de ciclos por segundo. Debido a esas frecuencias tan altas, y por medio de codificar los impulsos lumínicos, se puede introducir una cantidad impresionante de información en el rayo de luz que viaja a través de la finísima fibra de vidrio. Consideremos un ejemplo: hablar y escuchar por medio de la luz.
Hablar y escuchar por medio de la luz
Hablar, escuchar y ver por medio de la luz, exige el concurso de una parte de la más avanzada tecnología moderna. Veamos solo unas cuantas de las fases que tienen lugar al hablar y escuchar por medio de la luz, a fin de entender un poco de su proceso.
Aunque se usa la luz para la transmisión, el procedimiento se inicia de la misma manera que se hacía antes: hablando por el transmisor del teléfono. Las ondas sonoras de nuestra voz todavía se transforman en señales eléctricas. Luego, muestras de estas señales se “trocean” a una velocidad muy alta. Este proceso es similar al de una cámara cinematográfica, puesto que dicha cámara en realidad lo que hace es una serie de fotos fijas o “trozos” de una escena en movimiento. Luego se proyectan las imágenes de esas escenas, fotograma a fotograma, en sucesión rápida para dar al espectador la impresión de movimiento. De manera similar, esas muestras eléctricas “troceadas” son separadas y codificadas en un proceso multiescalonado y luego se codifican en impulsos lumínicos. Acto seguido, los impulsos lumínicos codificados viajan a través de la fibra de vidrio hasta el receptor. Cuando llegan al receptor, se invierte el proceso y se decodifican en ondas sonoras en el auricular del teléfono. ¿Cómo nos beneficia esta nueva técnica? ¿Cuáles son las perspectivas para el futuro?
Algunos de los beneficios actuales
Cuando empezábamos a asimilar y a apreciar nuestra red mundial de comunicaciones, ha aparecido un sistema enteramente nuevo. La fibra óptica promete reemplazar los cables telefónicos multiconductores, las redes de microondas, e incluso algunos satélites de telecomunicación, y un sinfín de beneficios más.
◼ Comunicación sin interferencias. Una de las ventajas más importantes de la transmisión por fibras ópticas para el usuario del teléfono, es que prácticamente elimina muchas de las clases de interferencias a las cuales nos hemos acostumbrado. Tanto los relámpagos, como las líneas de alta tensión y los generadores nos han molestado, ocasionando electricidad estática y ruidos. Incluso si se recurre a conductores de cobre muy blindados no se pueden eliminar todas esas interferencias.
Si su conversación telefónica se transmitió vía satélite, quizá haya notado una demora de una fracción de segundo en la comunicación, o ruidos atmosféricos. En el pasado tal vez hasta haya escuchado ecos. La fibra óptica tiende a eliminar demoras notables y proporciona una recepción clara y sin interferencias.
◼ Comunicación segura. Otra ventaja sobresaliente de la fibra óptica es la absoluta seguridad. Se eliminan los cruces de conversaciones en las líneas, y se hace prácticamente imposible intervenir ilegalmente la línea. Todavía no se ha inventado ningún medio de intervenir los rayos lumínicos, sin por lo menos reducir considerablemente la señal, lo cual sirve de advertencia al usuario.
◼ Gran eficacia. Podemos comprender la extraordinaria eficacia de la transmisión de información por medio de la luz cuando consideramos que pueden transmitirse miles de conversaciones telefónicas con solamente dos fibras ópticas. Se ha calculado que puede enviarse todo el contenido del diccionario Webster’s no abreviado (unas 450.000 palabras) a miles de kilómetros de distancia en solo seis segundos y a través de una sola fibra de vidrio.
◼ Ocupa un espacio mínimo... resiste el entorno agresivo. En muchos lugares ya se están beneficiando de este nuevo invento. Las zonas metropolitanas se benefician de este nuevo sistema de comunicaciones de gran capacidad que requiere un equipo muy reducido. Habitaciones enteras repletas de equipo anticuado a base de conmutadores pueden sustituirse actualmente por equipo a base de fibra óptica que solo requiere un espacio pequeño. Asimismo, zonas remotas, tales como los Cayos de Florida, disfrutan ahora de este servicio libre de ruidos. El entorno agresivo del agua salada de los Cayos y zonas similares tiende a producir cortocircuitos eléctricos y deterioro químico. Sin embargo, el efecto sobre la fibra óptica es mínimo.
Un vistazo al futuro
El futuro para este nuevo descubrimiento parece ser muy prometedor. De hecho el cambio a este sistema se está produciendo mucho más rápidamente de lo que predijeron algunas personas. Se ha dicho que uno de los problemas mayores es seleccionar un sistema que ya no sea anticuado para cuando se instale.
◼ Señales de audio, de vídeo, y de computadora en un solo terminal. El número de febrero de 1986 de la revista High Technology, bajo el encabezamiento “Perspectivas comerciales” informa que la “fibra óptica se ha convertido rápidamente en el medio preferido para transmitir señales de audio, señales de computadora y señales de vídeo en los Estados Unidos... especialmente a largas distancias”. El artículo sigue diciendo: “Estamos comenzando a poner en funcionamiento una red de fibras que llegará al propio hogar. Usando un solo terminal uno puede recibir señales de audio, de vídeo y [...] solicitar información de un banco de datos”. Esto les abre muchas oportunidades, por lo menos a algunas personas, para poder efectuar compras y transacciones bancarias, comprar billetes de avión, y acceder a ciertas bibliotecas sin salir de casa. Incluso les puede permitir a estas personas ver a sus amigos al hablar con ellos por teléfono... todo ello por medio de luz que pasa a través de esas maravillosas fibras de vidrio.
[Ilustraciones en la página 20]
Revestimientos de vidrio o de plástico disminuyen la pérdida de luz
Alambres y fibras de alta resistencia suministran protección
La luz que viaja por el interior de una fibra de vidrio se refleja internamente y no se pierde a través de las paredes
[Ilustración en la página 22]
Este pequeño cable de fibra óptica transmite tantas o más conversaciones telefónicas que este gran cable convencional