Revista MUY Interesante. Por Juan Ramón Vidal. Abril 1992
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Fibras Opticas
El técnico está pendiente de la pantalla de video, mientras el arado entierra en un surco de 60 cm en las profundidades marinas un cable que permitirá transmitir hasta 37.500 conversaciones telefónicas simultáneas. Estamos a bordo del Verco, un navío cablero francés, que tiene una cita a 350 km de la costa francesa con el Long Lines, otro navío que viene de incrustar 5.870 km de cable de fibras ópticas desde Nueva Jersey, en el litoral de los Estados Unidos.
A cierta distancia el barco británico Alert espera también, asumirá la instalación del cable entre el punto de encuentro y las costas británicas, situadas a 500 km. Tres meses más tarde, en octubre de 1988, se llevará a cabo la conexión. Así, el continente europeo estará enlazado con los Estados Unidos a través del T&T-8, la octava generación de cable submarino trasatlántico de fibras ópticas. La operación habrá durado un año, costado unos 500 millones de dólares y permitirá realizar transmisiones telefónicas de una capacidad insospechada a lo largo de una línea submarina de 6.740 kilómetros.
Pero, ¿por qué utilizar cables submarinos de fibras ópticas, cuando los coaxiales de cobre forman una enorme red de 250.000 kilómetros, que se extiende por los océanos de todo el mundo? Todo procede de la idea de aprovechar las ondas luminosas, que pueden transmitir 100.000 veces más información que las ondas de radio. El fenómeno de propagación de la luz, a través de las fibras ópticas es conocido desde 1970, cuando el inglés Thyndall estableció la teoría de las fuentes luminosas. La luz es una forma de energía electromagnética, como las ondas de radio o las microondas y, como ellas, se desplaza sobre una cierta onda de vibración o frecuencia. Al modular la altura de esta onda, se utiliza la luz para transportar mensajes, al igual que se hace con las ondas de radio.
El descubrimiento del rayo láser, un haz luminoso extremadamente fino y coheren-te, a inicios de los sesenta lanzó a los investigadores en esta dirección. Pronto descubrieron, no obstante, que parte de su energía era absorbida por el medio que atravesaba: lluvia, nieve, polución... La fibra de silicio fue propuesta finalmente en 1966 como medio de transmisión ideal por Charles Kao y George Hockman, ambos investigadores de la firma ITT.
El único problema que presentaban las fibras ópticas era su grado de pureza, que influía directamente sobre su capacidad de transmisión de la luz. En 1970, el gigante americano de la fibra óptica -Corning Glass desarrolló una fibra capaz de transmitir la luz sobre un kilómetro sin necesidad de amplifica-ción. Hoy día, son fabricadas en cuarzo de silicio de una pureza extraordinaria, y transmiten la luz con débiles pérdidas de potencia. Así, es suficiente con regenerar la señal cada 60 km, mediante un repetidor o amplificador. El T&T-8 no utiliza más que un centenar de repetidores; es decir, cinco veces menos que los cables coaxiales de mayor calidad. Los investigadores trabajan actualmente sobre fibras aún más puras, que no precisarán ser amplificadas más que una vez cada 100 km, con una capacidad de transmisión entre 2,5 y 5 gigabits por segundo. Las 30 sociedades occidentales que participan de los servicios del T&T-8 han programado ya la instalación del próximo cable trasatlántico, el T&T-9, que deberá canalizar 80.000 telecomunicaciones simultáneas.
La fibra óptica permite, asimismo, la transmisión de servicios numéricos, correo electrónico, télex, telecopia, programas de televisión, así como el establecimiento de redes informáticas. El sistema binario convierte las informaciones en valores numéricos, con una capacidad de transmisión de 60.000 bites unidades de información por segundo. Esta operación de conversión precisa apenas dos segundos para la transmisión de imágenes, y tan sólo dos centésimas de segundo para una conversación telefónica entre Madrid y Nueva York. Estas características hacen de las fibras ópticas el único competidor serio de los satélites. El 60 por ciento de los enlaces internacionales se realiza a través de aquellos, y el 40 por ciento a través del cable. Sin embargo, según los expertos en telecomunicaciones, en este año 1992 el cable asumirá el 69 por ciento de las comunicaciones trasatlánticas.
Con diámetros comprendidos entre 0,1 mm y 2 mm, las fibras ópticas tienen una variada gama de aplicaciones. En el terreno nuclear, gracias a ciertos dispositivos espectrofotométricos de medida a distancia, se pueden analizar cuantitativa y cualitativamente las muestras de uranio y de plutonio en espacios blindados; esto es de gran utilidad en el retratamiento de residuos radiactivos. El detector de particulas del CERN en Ginebra funciona con ayuda de 60.000 fibras ópticas plásticas de centelleo de 1 mm de diámetro; fue puesto en servicio el 15 de noviembre de 1987 y representa la nueva generación de detec-tores adaptados a las exigencias de los aceleradores de partículas.
En cuanto al medio ambiente, los captadores de fibras ópticas están preparados para medir la acidez de los medios líquidos. En Francia se está experimentando con este tipo de analizadores, donde ya se dispone de sondas que pueden ser muy útiles para el control de la polución en mares y ríos. Asimismo, con otros para controlar el aluminio en las aguas urbanas.
En el terreno agroalimentario, es posible determinar las tasas de azúcar contenidas en los alimentos: un captador de fibras ópticas se sitúa, por ejemplo, sobre la piel de un fruto, conectado a un espectrómetro Raman. De esta forma, se analizan los productos a distancia, lejos de los lugares de recolección y elaboración, para poder ser comercializados con un máximo de calidad.
En medicina, los endoscopios de fibras ópticas exploran el cuerpo humano en profundidad: pólipos, úlceras, cáncer, arterioesclerosis, infartos y otras muchas dolencias pueden ser descubiertas a través de estos instrumentos, que reducen las molestias y evitan numerosas operaciones de exploración quirúrgica a los pacientes. Ciertos endoscopios sofisticados, de menos de 2 mm de longitud, pueden situarse incluso en los ventrículos del cerebro o dentro del útero para observar al feto. Otros se utilizan para cauterizar úlceras sangrantes: un láser de argón envía la luz, que es absorbida por el pigmento rojo de las células sanguíneas, transformándola en calor y cauterizando casi instantáneamente los vasos sanguíneos.
La mayor parte de los equipos médicos de los grandes hospitales poseen endoscopios para visualizar, en directo y sobre la pantalla de video, la
evolución de las operaciones cardiacas. En ciertos centros especializados se visualiza también la acción de las microtaladradoras -instaladas en el extremo de los endoscopios, que desatascan progresivamente las arterias bloqueadas. Los endoscopios han llegado a tal perfección que en el futuro podrían ser emplazados en las cavidades oculares. La inmunología, el control médico In VIVO, los análisis bioquímicos rápidos y ciertos análisis a distancia desde el propio domicilio, en tiempo real, son campos que experimentarán gran desarrollo gracias a los captadores de fibras ópticas.
En odontología, se utilizan lámparas polimerizadoras mediante el calor emitido a través de las fibras ópticas para endurecer los empastes dentales. Un equipo del Instituto de Física Nuclear de Orsay (CNRS) de Francia, ha desarrollado un radiocromatógrafo de fibras ópticas plásticas de centelleo denominado Sofi que no es sino un detector destinado al análisis en biología molecular. El análisis se realiza normalmente por la deducción de fragmentos de ADN que, una vez secuenciados, son puestos en evidencia por auterradiografía. Sofi permitirá, en un futuro próximo realizar análisis con una resolución óptica veinte veces mayor que la película radiográfica. El prototipo experimental. también puede utilizarse tanto en física nuclear como también en la de partículas.
En los dominios de la aeronáutica y el espacio, los boroscopios de fibras ópticas una especie de endoscopios inspeccionan los motores de los aviones sin necesidad de desmontarlos. También enlaces de fibras ópticas en el interior del aparato resuelven numerosos problemas, gracias a su inmunidad a las perturbaciones electromagneticas su capacidad de transmisión en su reducido tamaño.
Jet Prepulsíen Laboratory del Instituto Californiano de Tecnologia pone a punto un sistema de guiado interferométrico a base de fibras ópticas para la nave espacial norteamericana que viajará a Marte este año. La fibra óptica, de una longitud de 10 km, ha sido fabricada por AT&T y Corning Glass, el pionero americano. Estos enlaces en fibras son necesarios también para la inter
comunicacion de las estaciones de control destinadas a guiar la senda espacial Voyager 2 en su camino hacia Neptuno.
Las aplicaciones militares de esta fibra sen a su vez innumerables: enlaces ópticos en los cazas, guía óptica de torpedos, enlaces submarinos con los sónar y los misiles autopropulsados, sistemas de comunicación sobre el terreno, hidrófones, lentes de tiro con visión nocturna para carros de combate...
"Buenos días, ¿todo va bien?", pregunta el inspector. El rostro de su interlocutor que trabaja en un banco del centro de la ciudad. El visiófono o teléfono con imagen, posibilita el intercambio de sonido e imágenes a partir de un micrófono y una cámara. El primer prototipo, construido por el Centro Nacional de Estudios de Telecomunicaciones francés, fue oficialmente puesto en servicio en 1984. Una versión mejorada, presentada en 1987 bajo el nombre de visages, podría llegar a ser el visiófono del gran público en los próximos años. Los investigadores del CNET piensan comprimir la imagen para hacerla pasar por una sola línea telefónica, en lugar de las 2.000 teóricamente necesarias. La imagen captada por la cámara es analizada y convertida en numérica. Sólo los gestos y expresiones de los interlocutores son tratados y comprimidos por la máquina. Será el teléfono del año 2000; completamente informatizado, capaz de transmitir voz, imágenes y datos mediante impulsos. El teléfono se abre así a aplicaciones que hasta ahora le estaban vedadas: diseño asistido por ordenador, telecopia a gran velocidad, transmisión de voces y sonidos en alta fidelidad, acceso a bancos de imágenes. La red telefónica se transforma en un superordenador que cabalga sobre fibras ópticas.
Las sociedades de gestión a domicilio en los EE UU utilizan emisores de llamadas automáticas, técnica que las empresas de algunos países europeos contemplan como posibilidad para contactar hasta 100.000 personas al día, ya que una operadora apenas alcanza las 60.000 al año. No existen, sin embargo, muchos terminales susceptibles de aprovechar las ventajas de estas redes de servicios integrados, cuya implantación se prevé también en algunos países para los próximos años.
Es muy probable que la imagen se alce como la vedette de la red numérica. En Francia, todo está a punto para la aparición del minitel de alta definición, cuyas pantallas serán como verdaderas fotografías. Por eso, las sociedades de venta por correspondencia ya se plantean la edición de catálogos telemáticos ilustrados.
Los edificios inteligentes, precableados en fibra óptica como la Torre Picasso de Madrid, se entregan llave en mano, con sus tomas y redes informáticas instaladas. La construcción de 150 metros de altura, dividida en 45 plantas más cuatro sótanos, está recorrida de arriba abajo por 60 kilómetros de fibras ópti-cas, que proporcionan 88 canales de audio, 22 canales de vídeo, 44 de control de datos con capacidad para 2.112 canales de datos y más de 5.000 conectores ópti-cos. Asimismo, gracias a las fibras ópticas, las empresas interrelacionarán sus edificios. La capacidad de transmisión de un cable de 70 fibras ópticas de 2 cm de diámetro es de más de 140 canales de televisión, y puede instalarse en la infraestructura de las redes subterráneas destinadas al teléfono. Algunos paises como Gran Bretaña, aprovechan desde hace años las líneas de alta tensión para extender su red de fibras ópticas. Este tipo de instalaciones también se están llevando a cabo en varios países para interconectar las diferentes centrales de las compañías eléctricas.
Los japoneses fabrican las redes de distribución de su televisión de alta definición con ella. El punto de partida de su gobierno es promover dentro y fuera de su país el use de la televisión de alta definición. Así, se ha establecido un plan para extender redes de TVHD interconectadas por fibra óptica, y capaces de recibir emisiones vía satélite en 10 grandes ciudades.
El efecto láser y el impulso de las fibras ópticas han contribuido a su vez al desarrollo de los componentes optoelectrónicos. El descubrimiento de la emisión láser, entre pulgas semiconductoras de arseniuro de galio del tamaño de un grano de sal, hacía posible la inyección de la luz en una fibra óptica. El fotodiodo ofrecía una corriente eléctrica proporcional a la potencia óptica recibida. Hoy día, las ventajas de los componentes en relación con la capacidad de transmisión de información y la longitud de los enlaces no cesar de aumentar.
A tono con las implicaciones económicas, los componentes de emisión y recepción deben responder a ciertas normas de costo y fiabilidad. Se han descubierto así muchos materiales nuevos, pero gran parte de ellos aún no han sido industrializados a gran escala, pero los laboratorios trabajan ya en esta disciplina, la micro-opto-electrónica.
