Page 706 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

35.6 Fibras ópticas y aplicaciones 687

Fibras ópticas y aplicaciones
La aplicación de fibras ópticas en comunicaciones ha dado por resultado una explosión en la
información. La fibra óptica tiene un ancho de banda mayor que el alambre de cobre, lo que
significa que se puede transmitir más información durante un periodo fijo. Este incremento en
la capacidad de transportar información proporciona nuevas e importantes posibilidades, inclu­
yendo la televisión interactiva y selecciones de canal por cable, entre miles de aplicaciones.
Aun cuando es fácil percibir cómo la fibra óptica está cambiando el mundo que nos rodea,
quizá nos sorprenda saber que esta habilidad para transmitir información depende principalmen­
te de un solo fenómeno físico: la reflexión interna totcd. Como se estudió en
las secciones previas, la reflexión interna total es el resultado del paso de la
luz a través de un medio para encontrarse con un segundo medio de menor
densidad óptica. Una fibra óptica consiste en dos medios de ese tipo.
La estructura de una fibra óptica se ilustra en la figura 35.11. Observe
que el núcleo de la fibra se utiliza como el medio de transmisión, mien­
tras que el recubrimiento sirve para contener la señal transmitida. Esto
significa que el núcleo debe tener un índice de refracción mayor que el
índice del recubrimiento (n > n j.
Utilizando el modelo de propagación de rayos, podemos pensar en la
propagación de señales a través de una fibra como si se tratara de rayos de
luz. Tal como ilustra la figura 35.12, cada rayo tiene un ángulo de incidencia
Figura 35.11 Estructura
fijo con la frontera núcleo/recubrimiento. Mientras los haces de luz tengan un ángulo de inci­
básica de una fibra óptica.
dencia igual o mayor que el ángulo crítico de la fibra, la señal quedará confinada en la fibra.
El índice de refracción
(Nota: Por el hecho de que una fibra óptica es en realidad una guía de ondas cilindrica, la luz
para el núcleo (n^ debe
puede propagarse únicamente en ella con ángulos específicos mayores que el ángulo crítico. Es­
ser mayor que el índice de
refracción para el recubri­ tos ángulos específicos se pueden determinar resolviendo las ecuaciones de onda apropiadas.)
miento (/;,). Como se mencionó anteriormente, las fibras ópticas han jugado un papel importante en
la expansión de la comunicación. En lo fundamental, las comunicaciones a través de fibra
óptica consisten en el envío de información desde una fuente hasta su destino por medio de la
transmisión de pulsos de luz. Esto es análogo a la práctica histórica de las comunicaciones de
una embarcación a otra, usando la clave Morse. Cuando un barco deseaba comunicarse con
otro, una fuente de luz se apagaba y se encendía en una secuencia que ambas partes entendían.
Este principio se puede extender a las comunicaciones mediante fibra óptica, donde se han
creado numerosos y muy eficientes esquemas para la codificación de datos. El esquema de
codificación elegido depende de la aplicación específica y de las consideraciones de costos.
Usar la fibra óptica en sistemas de comunicación tiene múltiples ventajas. Entre las más im­
portantes se cuentan la inmunidad a la interferencia electromagnética, una protección de datos más
eficiente, mayor rapidez de transmisión y un aumento en la amplitud de banda de la señal. Estas
ventajas hacen que la fibra óptica sea el medio de comunicación obligatorio para el futuro.
Si bien es cierto que las comunicaciones son el campo predominante de las fibras ópticas,
esta tecnología tiene muchas otras aplicaciones. La figura 35.13 ilustra un sensor del nivel de
fluidos. En este sensor se aprovecha el comportamiento de la luz cuando pasa por diferentes
medios. Observe que al extremo de la fibra se le ha dado una forma especial para esta apli-

R ecubrim iento
de la fibra

N úcleo de
de la fibra

Figura 35.12 Modelo de rayos que permite explicar la forma en que se propaga la luz a través de una fibra
óptica. Mientras las curvas sean lo suficientemente suaves como para que el ángulo de incidencia sea mayor
que el ángulo crítico, la luz transmitida por la fibra sufrirá una reflexión interna total.