¿Cómo doblan la luz los cables de fibra óptica?

Los cables de fibra óptica envían señales rápidamente a largas distancias en forma de luz. Cada cable está compuesto por finas hebras de vidrio llamadas "fibra óptica", piezas de vidrio que envían señales mediante luz. Los cables de fibra óptica son útiles porque utilizan luz, en lugar de electricidad, lo que significa que otros dispositivos electrónicos en la zona no les causarán interferencias. Muchos proyectos científicos a gran escala, como los colisionadores de partículas de hardron, utilizan cables de fibra óptica para enviar señales rápidamente.

 

La luz, como probablemente sepas, viaja en ondas, extendiéndose directamente en un cono desde su punto de origen. Pero ¿cómo lograr que la luz se desvíe por las esquinas y recorra la longitud del cable de fibra óptica?

 

Si quisieras iluminar un pasillo estrecho, simplemente podrías apuntar la luz al final. El haz se expandiría con la distancia, así que podrías tener que ajustar el enfoque, pero no deberías tener problemas para iluminar el final del pasillo.

 

¿Pero qué pasa si el pasillo tiene una curva? ¿Cómo puedes iluminar la esquina? Sencillo: usa un espejo para reflejar la luz.

 

Los cables de fibra óptica utilizan un principio similar para transmitir señales luminosas. Se denomina "reflexión interna total". Esto significa que, independientemente de la dirección en la que se transmita la señal luminosa, la luz se reflejará internamente y quedará contenida en el tubo. Esto garantiza que los cables de fibra óptica no tengan problemas para doblarse al transmitir luz a largas distancias.

 

La fibra óptica no puede ser completamente pura, lo que significa que la señal se degradará con el tiempo. La velocidad de degradación de la señal depende de dos factores: la longitud de onda de la luz y la pureza de la fibra óptica.

 

Hablemos de qué significa longitud de onda. En física, hay dos maneras de hablar de la luz: la luz que vemos y la luz que podemos medir matemáticamente. La luz, como mencioné, son ondas, por lo que la física la mide en términos de la longitud de estas ondas en nanómetros. Nuestro cerebro interpreta estas longitudes de onda como diferentes colores.

 

Las longitudes de onda utilizadas en la fibra óptica suelen ser mucho mayores que las de la luz visible. Normalmente, oscilan entre 850 y 1550 nanómetros. Este espectro invisible de luz "larga" se denomina infrarrojo (el extremo opuesto, las longitudes de onda demasiado cortas para que podamos verlas, se denomina ultravioleta).

 

Cuando estas ondas infrarrojas se transmiten a través de cables de fibra óptica, el vidrio (como mencioné) ralentiza o debilita la transmisión. Esta atenuación de la luz infrarroja se produce de dos maneras: absorción y dispersión. La absorción se produce por diminutas partículas de vapor atrapadas dentro del vidrio de fibra óptica. La dispersión, en cambio, ocurre cuando la luz infrarroja rebota en átomos o moléculas del vidrio. La longitud de la luz infrarroja reduce la dispersión y la absorción, lo que ayuda a que la señal se mantenga nítida.

 

Quizás te preguntes: si la longitud de onda reduce la atenuación, ¿por qué no utilizamos longitudes de onda aún mayores para la fibra óptica? ¿Qué determina el umbral máximo para las longitudes de onda?

 

Si usáramos frecuencias más bajas, habría interferencia térmica. Todo tiene una temperatura, lo que significa que todo emite cierto grado de calor. Parte de esta energía emitida en forma de calor se presenta en forma de luz infrarroja. Si redujéramos aún más las longitudes de onda, la temperatura de los objetos circundantes causaría interferencia, lo que resultaría en pérdida de señal.