Daniel Colladon fue el primero en describir la
"fuente de luz" en el artículo que en 1842 tituló On the reflections
of a ray of light inside a parabolic liquid stream. Ilustración de este
último artículo de Colladon, en 1884.
El uso de la
luz para la codificación de señales no es nuevo, los antiguos griegos usaban
espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar. En
1792, Claude
Chappe diseñó un
sistema de telegrafía óptica, que mediante el uso de un código y torres y
espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan Lille y París,
conseguía transmitir un mensaje en tan sólo 16 minutos.
La gran
novedad aportada en nuestra época es la de haber conseguido “domar” la luz, de
modo que sea posible que se propague dentro de un cable tendido por el hombre.
El uso de la luz guiada, de modo que no expanda en todas direcciones, sino en
una muy concreta y predefinida se ha conseguido mediante la fibra óptica, que
podemos pensar como un conducto de vidrio -fibra de vidrio ultra delgada-
protegida por un material aislante que sirve para transportar la señal lumínica
de un punto a otro.
Además tiene
muchas otras ventajas, como bajas pérdidas de señal, tamaño y peso reducido,
inmunidad frente a emisiones electromagnéticas y de radiofrecuencia y
seguridad.
Como resultado
de estudios en física enfocados de la óptica, se descubrió un nuevo modo de
empleo para la luz llamado rayo láser. Este último es usado con mayor
vigor en el área de las telecomunicaciones, debido a lo factible que es enviar
mensajes con altas velocidades y con una amplia cobertura. Sin embargo, no
existía un conducto para hacer viajar los fotones originados por el láser.
La
posibilidad de controlar un rayo de luz, dirigiéndolo en una trayectoria recta,
se conoce desde hace mucho tiempo. En 1820, Augustin-Jean
Fresnel ya conocía
las ecuaciones por las que rige la captura de la luz dentro de una placa de
cristal lisa. Su ampliación a lo que entonces se conocía como cables de vidrio fue obra de D. Hondros y Peter Debye en 1910.
El
confinamiento de la luz por refracción, el principio de que posibilita la fibra
óptica, fue demostrado por Daniel Colladon y Jacques Babinet en París en los comienzos de la
década de 1840. El físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar
dentro de un material (agua), curvándose por reflexión interna, y en 1870 presentó
sus estudios ante los miembros de la Real Sociedad. A partir de este principio se
llevaron a cabo una serie de estudios, en los que demostraron el potencial del
cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia. Además, se
desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio para
iluminar corrientes de agua en fuentes públicas. Más tarde, J. L. Baird registró patentes que describían la
utilización de bastones sólidos de vidrio en la transmisión de luz, para su
empleo en un primitivo sistema de televisión de colores. El gran problema, sin
embargo, era que las técnicas y los materiales usados no permitían la
transmisión de la luz con buen rendimiento. Las pérdidas eran grandes y no
había dispositivos de acoplamiento óptico.
Solamente en
1950 las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas
aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder
Singh Kapany, apoyándose
en los estudios de John
Tyndall, realizó
experimentos que condujeron a la invención de la fibra óptica.
Uno de los
primeros usos de la fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la
transmisión de imágenes, que se usó en el endoscopio médico. Usando la fibra óptica, se
consiguió un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad
de Míchigan en 1956. En
este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo
índice de refracción, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. En esta
misma época, se empezaron a utilizar filamentos delgados como el pelo que
transportaban luz a distancias cortas, tanto en la industria como en la
medicina, de forma que la luz podía llegar a lugares que de otra forma serían
inaccesibles. El único problema era que esta luz perdía hasta el 99% de su
intensidad al atravesar distancias de hasta 9 metros de fibra.
Charles
K. Kao, en su
tesis doctoral de 1956, estimó que las máximas pérdidas que debería tener la
fibra óptica, para que resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de
20 dB/km.
En 1966, en
un comunicado dirigido a la Asociación Británica para
el Avance de la Ciencia, los investigadores Charles K. Kao y G. A. Hockham, de los laboratorios de Standard Telecommunications, en Inglaterra, afirmaron que se
podía disponer de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de
fibras de vidrio y luz, en lugar de electricidad y conductores metálicos, en la
transmisión de mensajes telefónicos. La obtención de tales fibras exigió
grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces
presentaban pérdidas del orden de 100 dB por kilómetro, además de una banda
pasante estrecha y una enorme fragilidad mecánica. Este estudio constituyó la
base para mejorar las pérdidas de las señales ópticas que hasta el momento eran
muy significativas y no permitían el aprovechamiento de esta tecnología. En un
artículo teórico, demostraron que las grandes pérdidas características de las
fibras existentes se debían a impurezas diminutas intrínsecas del cristal.
Mientras tanto, como resultado de los esfuerzos, se hicieron nuevas fibras con
atenuación de 20 dB por kilómetro y una banda pasante de 1 GHz para un largo de 1 km, con la
perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilización de fibras de 100
µm de diámetro, envueltas en nylon resistente, permitirían la construcción de
hilos tan fuertes que no podían romperse con las manos. Hoy ya existen fibras
ópticas con atenuaciones tan pequeñas de hasta 1 dB por kilómetro, lo que es
muchísimo menor a las pérdidas de un cable coaxial.
El artículo
de Kao-Hockman estimuló a algunos investigadores a producir dichas fibras con
bajas pérdidas. El gran avance se produjo en 1970, cuando los investigadores
Maurer, Keck, Schultz y Zimar que trabajaban para Corning Glass, fabricaron la
primera fibra óptica aplicando impurezas de titanio en sílice, con cientos de
metros de largo con la claridad cristalina que Kao y Hockman habían propuesto.
Las pérdidas eran de 17 dB/km. Durante esta década las técnicas de fabricación
se mejoraron, consiguiendo pérdidas de tan solo 0,5 dB/km.
Poco
después, Panish y Hayashi, de los laboratorios Bell, mostraron un láser de
semiconductores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. En
1978 ya se transmitía a 10 Gb km/segundos. Además, John MacChesney y sus
colaboradores, también de los laboratorios Bell, desarrollaron
independientemente métodos de preparación de fibras. Todas estas actividades
marcaron un punto decisivo ya que ahora, existían los medios para llevar las
comunicaciones de fibra óptica fuera de los laboratorios, al campo de la
ingeniería habitual. Durante la siguiente década, a medida que continuaban las
investigaciones, las fibras ópticas mejoraron constantemente su transparencia.
El 22 de
abril de 1977, General Telephone and Electronics envió la primera
transmisión telefónica a través de fibra óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach,
California.
Cable
submarino de fibra óptica.
En 1980, las
mejores fibras eran tan transparentes que una señal podía atravesar 240
kilómetros de fibra antes de debilitarse hasta ser indetectable. Pero las
fibras ópticas con este grado de transparencia no se podían fabricar usando
métodos tradicionales. El gran avance se produjo cuando se dieron cuenta de que
el cristal de sílice puro, sin ninguna impureza de metal que absorbiese luz,
solamente se podía fabricar directamente a partir de componentes de vapor,
evitando de esta forma la contaminación que inevitablemente resultaba del uso
convencional de los crisoles de fundición. El progreso se centraba ahora en
seleccionar el equilibrio correcto de componentes del vapor y optimizar sus
reacciones. La tecnología en desarrollo se basaba principalmente en el conocimiento
de la termodinámica química, una ciencia perfeccionada por tres generaciones de
químicos desde su adopción original por parte de Willard Gibbs, en el siglo XIX.
También en
1980, AT&T presentó a la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos un proyecto
de un sistema de 978 kilómetros que conectaría las principales ciudades del
corredor que iba de Boston a Washington D. C.. Cuatro años después, cuando el
sistema comenzó a funcionar, su cable, de menos de 25 centímetros de diámetro,
proporcionaba 80.000 canales de voz para conversaciones telefónicas
simultáneas. Para entonces, la longitud total de los cables de fibra únicamente
en los Estados Unidos alcanzaba 400.000 kilómetros (suficiente para llegar a la
luna).
Pronto,
cables similares atravesaron los océanos del mundo. El primer enlace
transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988, usando un cristal tan
transparente que los amplificadores para regenerar las señales débiles se
podían colocar a distancias de más de 64 kilómetros. Tres años después, otro
cable transatlántico duplicó la capacidad del primero. Los cables que cruzan el
Pacífico también han entrado en funcionamiento. Desde entonces, se ha empleado
fibra óptica en multitud de enlaces transoceánicos o entre ciudades, y
paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las
operadoras hacia los usuarios finales.
Hoy en día,
debido a sus mínimas pérdidas de señal y a sus óptimas propiedades de ancho de
banda, la fibra óptica puede ser usada a distancias más largas que el cable de
cobre. Además, las fibras por su peso y tamaño reducido, hace que sea muy útil
en entornos donde el cable de cobre sería impracticable.
, lo que representa
una tasa de fabricación de FO de 
, habiendo sido
eliminadas las pérdidas iniciales en el paso de estirado de la preforma.
También es posible la fabricación de fibras de muy baja atenuación y de gran
calidad mediante la optimización en el proceso de secado, porque los perfiles
así obtenidos son lisos y sin estructura anular reconocible.