Las fibras ópticas son un ejemplo de cómo el conocimiento científico se traduce en progreso tecnológico y, en última instancia, facilita la vida de la persona promedio. Desde hace varios años, la fibra óptica se ha asociado con los medios de comunicación para transmitir señales eléctricas. Los filamentos delgados del tamaño de un cabello humano se pueden usar para transmitir una amplia gama de señales que se requieren para operar un teléfono, conexión a Internet, TV, etc. Por supuesto, debido a su alto rendimiento, la fibra óptica ha encontrado uso no solo en necesidades domésticas.
Tecnología de transmisión de señales ópticas
En sí mismo, el uso de la fibra óptica como traductor de señales es solo una parte del conocimiento divulgado que se está explorando en el apartado científico de la fibra óptica. Los especialistas en esta área están estudiando la transmisión de información y la propagación de la luz, y en un contexto, unidos por guías de luz. Estos últimos se utilizan tanto como distribuidores de luz como transmisores de información. Por cierto, las tendencias modernas en el desarrollo de tecnologías láser se basan en LED. En este caso, otra pregunta es más interesante: ¿qué fenómeno es la base de la fibra óptica? Este fenómenoreflexión interna de la radiación electromagnética (total) en la interfaz entre dieléctricos que tienen diferentes índices de refracción. Además, el portador de información no es una señal electromagnética en absoluto, sino un flujo de luz codificado. Para comprender el grado de superioridad de los cables de fibra óptica frente a los cables metálicos tradicionales, vale la pena referirse una vez más a su ancho de banda. El hilo de fibra ya mencionado, cuyo grosor no supera los 0,5 mm, es capaz de transmitir una cantidad de información que el cableado de cobre ordinario solo servirá con un grosor de 50 mm.
Métodos de fabricación de fibra óptica
Hay dos métodos principales mediante los cuales se puede fabricar la fibra óptica. Es una técnica de extrusión y fusión mediante preformas. La primera tecnología permite obtener material de baja calidad a base de plásticos, por lo que hoy en día prácticamente no se utiliza. El segundo método se considera el principal y el más efectivo. Una preforma es una preforma que se encuentra en una estructura diseñada para estirar hilos. Según los estándares modernos, las preformas pueden tener varias decenas de metros de altura. Exteriormente, esta es una varilla de vidrio con un diámetro de aproximadamente 10 cm, de la cual se funde el núcleo del hilo. Durante el proceso de fabricación, el núcleo, junto con la mezcla de las fibras, se calienta a altas temperaturas, después de lo cual se forman los filamentos. La longitud del material resultante puede alcanzar varios kilómetros, aunque el diámetro permanece sin cambios: está controlado por reguladores automáticos. Dependiendo de dónde se utilizará la fibra óptica, el material paraSe puede pretratar con recubrimientos que brindan protección química y física. En cuanto a las mezclas de filamentos, suelen incluir materiales como poliimida, acrilato y silicona.
Características del diseño de fibra
La parte central del hilo es el núcleo, el núcleo mismo de la fibra, que difundirá la luz durante el funcionamiento. El núcleo se caracteriza por un aumento de los índices de refracción de la luz, que se logra mediante el uso de vidrio dopado con modificación por aditivos especiales. Por ejemplo, los componentes refractivos típicos como un dopante se utilizan para fibras de sílice. A su vez, el caparazón realiza varias tareas, la principal de las cuales es la protección física directa del núcleo. Esta parte también proporciona el efecto de refracción, pero con un coeficiente mínimo. El límite entre los dos materiales forma una estructura de guía de luz que no permite que la mayor parte de la luz se escape del núcleo. También vale la pena señalar que los conceptos básicos de la fibra óptica refieren el material a variedades de guías de luz. Para ser más precisos, estamos hablando de guías de ondas dieléctricas que transmiten señales de luz.
Variedades de fibras ópticas
Las más comunes son las fibras de cuarzo, plástico y flúor. Los filamentos de cuarzo se basan en fundidos de óxido o materiales de estructura similar, incluido el óxido de silicio dopado. Esta base permite producir fibras flexibles y largas que se diferencian eny alta resistencia mecánica. Las fibras ópticas de plástico están hechas de polímeros y, como ya se señaló, no pueden proporcionar un alto rendimiento. En particular, dichos hilos tienen un alto porcentaje de pérdida de datos, lo que limita su uso en áreas exigentes. Por otro lado, la asequibilidad de las fibras plásticas mantiene la demanda de este material en direcciones enfocadas en el segmento doméstico. En cuanto a los materiales ópticos de fluoruro, su base se basa en vidrios de fluorozirconato y fluoroaluminato. Estas son soluciones bastante modernas y tecnológicas para proporcionar comunicación óptica, pero el contenido de metales pesados en la estructura tampoco permite su uso, por ejemplo, en la industria médica.
Equipo de medición de fibra
El equipo más común utilizado en los kits de fibra óptica son los sensores y las rejillas de Bragg. Los sensores de fibra óptica son dispositivos diseñados para fijar ciertos valores que caracterizan el estado del material en ese momento. Por ejemplo, diferentes sensores pueden detectar estrés mecánico, temperatura, vibración, presión y otras cantidades. La rejilla de Bragg en su función está más cerca de las características ópticas. Corrige una perturbación de refracción aperiódica en el núcleo de la fibra. Esta medida le permite determinar qué tan eficiente es la fibra óptica para transmitir una señal en condiciones específicas. Además, los expertos utilizan la ópticareflectómetro que registra disipación y resistencia.
Amplificadores de fibra óptica y láseres
Este es el producto más avanzado desarrollado sobre la base de la tecnología de fibra óptica. A diferencia de otros tipos de láseres, el uso de filamentos ópticos permite crear dispositivos compactos y al mismo tiempo eficientes. En particular, la tecnología de fibra óptica ha permitido reemplazar los dispositivos láser clásicos con las siguientes ventajas:
- Eficiencia del disipador de calor.
- Mayor radiación de salida.
- Bombeo efectivo.
- Alta fiabilidad y estabilidad del láser.
- Equipamiento de bajo peso.
A su vez, los amplificadores, según el tipo, también se pueden utilizar en las líneas de la red doméstica, aumentando el rendimiento de la línea de fibra principal. Sin embargo, vale la pena considerar el alcance de la operación de fibra con más detalle.
¿Para qué sirve la fibra óptica?
Hay varias áreas en las que se utilizan materiales de fibra óptica. Es el ámbito de uso doméstico, equipos de telecomunicaciones y equipos informáticos, así como nichos de alta especialización, entre los que se encuentran determinadas áreas de la medicina. Para cada uno de estos segmentos, se producen fibras ópticas especiales. La aplicación como medio típico de transmisión de una señal de TV o Internet, por ejemplo, se limita a modelos de plástico baratos de calidad media. Pero para equipos láser y carolos dispositivos médicos utilizan fibras de cuarzo de alta calidad, también provistas de modificadores adicionales.
Aplicación de la fibra óptica en medicina
Dichas fibras se pueden utilizar en equipos e instrumentos médicos. La tecnología estándar sugiere la posibilidad de introducir un dispositivo especial basado en fibras de luz refractada, que puede transmitir una señal a una cámara de televisión externa ya en el propio órgano del cuerpo. La fibra óptica se utiliza en medicina y como material de iluminación. Los dispositivos equipados con módulos de fibra permiten iluminar sin dolor las cavidades del estómago, la nasofaringe, etc.
Uso de fibra óptica en equipos de cómputo
Quizás este es el nicho más común en el que la fibra óptica ha encontrado su lugar. Hoy en día, las líneas de comunicación entre dispositivos individuales que transmiten información ya no pueden prescindir de ella. Por supuesto, esto se aplica a aquellas áreas en las que es imposible o poco práctico utilizar conexiones inalámbricas, que también están reemplazando activamente a los cables como tales. Por ejemplo, las mayores empresas de telecomunicaciones están instalando redes troncales interregionales que utilizan fibra óptica. El uso de dichos canales para conectar equipos periféricos y consumidores ordinarios de servicios de telecomunicaciones le permite optimizar los costos financieros de mantener la infraestructura de la red y también aumenta la eficiencia de la transmisión de datos en sí.
Desventajas de la fibra
Desafortunadamente, los hilos ópticos no están exentos de debilidades. Aunque el mantenimiento de dicho cableado es más económico, sin mencionar la ausencia de la necesidad de actualizaciones frecuentes, el costo del material en sí es mucho más alto que las mismas contrapartes de metal. Además, la fibra óptica y su uso en medicina es extremadamente limitado debido al contenido de impurezas de plomo y zirconio en algunas aleaciones, que son tóxicas para los humanos. Esto se aplica principalmente a los modelos de vidrio de la más alta calidad, no a los de plástico.
Producción de fibra óptica en Rusia
Como parte del programa de sustitución de importaciones en 2015, se inauguró la planta de Sistemas de Fibra Óptica en Mordovia. Esta es la única empresa en la Federación Rusa, que actualmente está tratando de satisfacer las necesidades de los consumidores domésticos en fibra óptica en la medida de lo posible. Hasta 2015, la industria rusa también se dedicaba a la fabricación de materiales de fibra óptica, pero solo en el marco de proyectos individuales específicos. La misma situación persiste hasta cierto punto en la actualidad. Si una determinada empresa necesita fibra óptica y su uso en medicina o en el campo de las telecomunicaciones está justificado financieramente, entonces hay muchas fábricas que están listas para trabajar en tales pedidos especiales de forma individual. Sin embargo, en un futuro cercano, solo la planta de Mordovian producirá la producción en serie de los mismos cables de fibra óptica. Además, aún no es capaz de abastecer el mercado de acuerdo con el volumen de la demanda. Una proporción significativa de productos todavía se compran en EE. UU. y Japón. E incluso los productos nacionales se producen en importadosmaterias primas.
Conclusión
Los productos de fibra óptica se han ido formando como un segmento de mercado durante unos 15-20 años. A lo largo de los años, el consumidor ha podido apreciar los méritos de los nuevos cables, pero el progreso no se detiene. Con la mejora de las cualidades técnicas y físicas, también se amplían las áreas de aplicación del material. La última fibra basada en nanotecnología, en particular, se usa activamente en la industria del petróleo y el gas y en la industria de defensa. A su vez, la fibra óptica no lineal está desarrollando actualmente solo áreas tecnológicas conceptuales, pero muy prometedoras. Entre ellos se encuentran los pulsos de láser de compresión, los solitones ópticos, la radiación óptica ultracorta, etc. Obviamente, además de la investigación teórica con posibles descubrimientos y en el marco del conocimiento puramente científico, los nuevos desarrollos también permitirán realizar nuevas ofertas a los consumidores de diferentes niveles en el mercado.
