10-8 FIBRAS ÓPTICAS
En un ambiente industrial, cuando una señal
eléctrica es transmitida por cable, es vulnerable a la interferencia de una variedad de fuentes, como ya sabemos. Con el
propósito de proteger la integridad de nuestras señales, se han desarrollado
varias técnicas para lidiar con la interferencia eléctrica, o ruido. Por
ejemplo, pueden rodearse los alambres de señal con un revestimiento de malla
para bloquear el ruido capacitivamente acoplado. A veces se trenzan dos
alambres de señal (lo que se llama par trenzado) para eliminar el ruido
inducido magnéticamente. Para la transmision de señales digitales se puede
armar un lazo de corriente constante modulado por la señal. Inclusive podríamos
canalizar los cables de señal por una ruta alejada para evitar el paso cerca de
una fuente conocida de ruido.
Estas técnicas resuelven el problema, más o menos, pero lo que realmente
agradeceríamos es un método de transmisión de señal que no estuviera sujeto
siquiera al ruido eléctrico. Tal método ya está disponible. Las fibras
ópticas son hilos muy delgados de vidrio o plástico que llevan luz de la
localidad de envío a la localidad de recepción. La estructura cristalina de una
libra óptica permite a la luz de entrada seguir la trayectoria de la fibra con
apenas una ligera atenuación, aun cuando la fibra dé vueltas. Por tanto, una
fibra óptica recubierta puede usarse como un alambre, pero sin la
susceptibilidad del alambre a la interferencia eléctrica y magnética. La fibra
es inmune a la captación de ruidos porque la señal que lleva no es eléctrica en
su naturaleza, es luz.
El tendido básico de un sistema de transmisión mediante fibra óptica se
esquematiza en la figura 10—26(a). Como indica esa
figura, debe usarse un dispositivo de alineación tanto en el extremo emisor
corno en el receptor. La fotografía de tal dispositivo se presenta en la figura
10—26(b).
Una fibra óptica es capaz de guiar luz en virtud de las composiciones
químicamente puras en extremo de su núcleo y su revestimiento. Estos
componentes son identificados en la figura 10—27(a),
que ilustra la estructura de una fibra óptica. El diámetro del núcleo puede ser
muy pequeño, de 3 um (aproximadamente una diezmilésima de pulgada) o hasta de
varios cientos de micrometros, dependiendo del tipo de fibra. El revestimiento
tiene un rango parecido de dimensiones, de unos cuantos micrometros a algunos
cientos de micrometros, pero en correspondencia inversa con el núcleo. Esto es,
las fibras con núcleos grandes tienden a tener revestimientos delgados y
viceversa.
Las composiciones del núcleo y el revestimiento son seleccionadas de manera que
el núcleo sea más denso que el revestimiento. En general, si hay paso de luz a
través de una sustancia más densa y ésta incide en la frontera con una
sustancia menos densa, se reflejará en ella casi por completo. Casi nada de la
luz entrará en la sustancia de menor densidad. Por tanto, en una fibra óptica,
al incidir luz en la frontera entre núcleo y revestimiento a un ángulo bastante
pequeño, se refleja de la frontera en lugar de entrar en el revestimiento. La
luz reflejada viaja a través del núcleo para incidir en la frontera del otro lado,
donde se refleja de nuevo. De esta manera, si un rayo de luz no es paralelo al
eje de la fibra, tiende a seguir una trayectoria en zigzag a través de la
longitud del núcleo, como se muestra en la figura 10—27(b).
Por supuesto, la situación no paralela tiende a ocurrir donde se dobla la
fibra, por lo que es esta propiedad de reflexión casi total de las fibras
ópticas la que les da su capacidad de “doblar” la luz.
En la figura 10—27(a) se ha mostrado un fototransistor
como el dispositivo receptor de luz. Los fototransistores se desempeñan bien a
frecuencias por debajo de unos pocos cientos de kilo- hertz. Para las
aplicaciones de mayor frecuencia, el fotodiodo es un mejor receptor de
luz.
Un fotodiodo es un diodo de silicio con una abertura en su empaque que contiene
una lente que enfoca la luz incidente en su unión p-n. Al polarizar en
inversa el circuito al diodo, su corriente de fuga depende de la intensidad de
la luz en su unión. La corriente de fuga del fotodiodo entonces es detectada y
amplificada para proporcionar una salida útil.
Los fotodiodos son capaces de recibir datos opticos digitales a baudajes
mayores a los 50 megabits por segundo. La recepción de señales analógicas está
restringida a frecuencias algo menores.