Las telecomunicaciones como industria a menudo se ven empantanadas por la inercia tecnológica. Varias regulaciones y dependencias a menudo tardan casi una década para que las nuevas innovaciones lleguen al mercado, lo que puede retrasar la adopción, especialmente en las industrias de televisión, telefonía e Internet. La transmisión de información por fibra óptica ha existido desde mediados de la década de 1970, siguiendo el trabajo realizado por la investigación en Corning Glassworks. Sin embargo, hasta hace muy poco, la mayoría de las conexiones de telecomunicaciones domésticas seguían siendo de cable de cobre convencional, lo que limitaba las velocidades promedio de Internet en los Estados Unidos. Según el “Net Index”, que extrae datos de SpeedTest.net: http://www.netindex.com/download/allcountries/, Estados Unidos ocupa el puesto 33 en velocidades de descarga promedio, con una velocidad de descarga promedio de uno- tercio de la velocidad media del líder Hong Kong. Los proveedores de EE. UU. se han quedado rezagados, citando la falta de demanda como la razón, al tiempo que permiten que su infraestructura se quede rezagada con respecto al resto del mundo.
Recientemente, algunas empresas comenzaron a ofrecer conectividad a direcciones residenciales, sacudiendo el panorama de las telecomunicaciones del país por primera vez en muchos años. Verizon, Google y AT&T tienen servicios en regiones seleccionadas, lo que permite el acceso comercial y doméstico a las conexiones más rápidas del mundo. Google Fiber, en particular, es la primera incursión de Google en las ofertas de servicios, se lanzó en Kansas City el año pasado y presenta algunas tecnologías nuevas particularmente avanzadas para ofrecer velocidades de carga y descarga simétricas de 1 Gbps. De la misma manera que el acceso a Internet a nivel nacional cambió la forma en que funcionan las empresas y la forma en que las personas interactúan y entretienen, la fibra omnipresente (y la tecnología fascinante que la impulsa) solo impulsará a nuestra nación hacia adelante.
Fuente de luz para comunicación por fibra óptica
La comunicación por fibra óptica comienza con pulsos de luz que comunican información a través de largas fibras de vidrio conocidas como fibras. En el extremo original, la información electrónica se interpola en la luz mediante la pulsación de un diodo LED o láser en longitudes de onda específicas que se utilizan para minimizar la dispersión de la luz a través de la fibra. Un diodo emisor de luz funciona como una unión pn con polarización directa y emite luz por emisión espontánea con un ancho de banda específico asociado con la luz emitida. Las fuentes de luz LED generalmente se usan en conexiones de red de área local donde la velocidad no es crítica y las velocidades de 100 Mbps o menos son aceptables. Los materiales semiconductores más utilizados para estos LED son el fosfuro de arseniuro de galio e indio y el fosfuro de arseniuro de galio.
Los diodos láser, por otro lado, funcionan por emisión estimulada, y los diodos láser modulados pueden alcanzar cientos de milivatios de potencia. Los láseres también producen luz coherente, lo que aumenta la eficiencia de la luz que se puede acoplar a la fibra a través del LED. Los diodos láser se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de alta potencia y alta velocidad en comunicaciones de fibra óptica. En la actualidad, las fuentes de luz más utilizadas son los láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL), que se combinan bien con las fibras multimodo y ofrecen potencia y velocidad superiores a las de los LED a un costo similar. Los VCSEL funcionan con dos reflectores Bragg distribuidos paralelos a la oblea del dispositivo donde se fabrican los pozos cuánticos generadores de fotones. A continuación se muestra un diagrama del VCSEL como en la Figura 1.
cable de fibra óptica
A continuación, la luz generada en un extremo debe acoplarse a la fibra, un proceso difícil en el que la coherencia óptica ayuda mucho. Estos cables están hechos de vidrio y transmiten la luz a largas distancias debido a la propiedad de reflexión interna total. Los cables de fibra óptica generalmente constan de un núcleo, un revestimiento y un búfer, como una guía de ondas protegida. El índice de refracción del núcleo es más bajo que el del revestimiento, por lo que la luz pasa con una pérdida mínima. El tope protege el exterior del revestimiento de daños que podrían causar defectos. Un cable de fibra óptica también puede tener otra capa llamada chaqueta. Esto funciona como envolver un alambre de cobre en plástico. En la Figura 2 se muestra un diagrama de las capas del cable de fibra óptica. donde la capa 1 es el núcleo, la 2 es el revestimiento, la 3 es el amortiguador y la 4 es la chaqueta.
Las fibras ópticas se dividen en dos subtipos principales: multimodo y monomodo. La fibra multimodo tiene un núcleo más grande y un acoplamiento de luz menos coherente, por lo que a menudo se usa en aplicaciones económicas. Sin embargo, una desventaja de la fibra multimodo es que la dispersión multimodo limita severamente el ancho de banda y la longitud de la conexión. La fibra monomodo permite enlaces ópticos más largos y rápidos, al mismo tiempo que requiere materiales y técnicas de fabricación más costosos. Las fibras se deben cortar con una herramienta especial para proporcionar una superficie plana en la que se pueda acoplar la luz sin dispersión. Fabricar e instalar cables de fibra de alto rendimiento es muy costoso. Este es uno de los mayores costos prohibitivos que impide que más proveedores de servicios instalen fibra en sus hogares. Por ejemplo, el cable de comunicaciones submarino transatlántico instalado por Emerald Atlantis e Hibernia Atlantic en 2011 cuesta alrededor de $300 millones y puede enviar datos desde la ciudad de Nueva York a Londres en menos de 70 milisegundos. Estos cables de fibra óptica pueden ser incluso más caros si se requiere amplificación. Esto se debe a que los amplificadores ópticos se fabrican dopando tramos de fibra con costosos materiales de tierras raras como el erbio.
receptor de fibra óptica
En el otro extremo de la línea, un receptor detecta la información transmitida a través del cable de fibra óptica. Estos son típicamente fotodiodos semiconductores que convierten la luz en electricidad a través del efecto fotoeléctrico. Un buen emisor también es un buen absorbente, por lo que el material utilizado para fabricar estos diodos es generalmente similar al de los LED, con mayor frecuencia arseniuro de indio y galio. Para verificar la información recibida, se utilizan varias técnicas de procesamiento de señales y se convierten en señales eléctricas. Al igual que el cable de cobre, el cable de fibra óptica puede transportar muchos tipos diferentes de comunicaciones y ahora se usa para teléfonos, Internet e incluso televisores que usan fibra de Verizon y Google.
fibra optica a cable
El mundo en el que vivimos tiene comunicaciones y cables de fibra óptica. El cable de cobre y la transmisión eléctrica son económicos para aplicaciones de corta distancia donde el ancho de banda no es crítico, pero la fibra óptica sobresale en aplicaciones de alto ancho de banda, especialmente aquellas que involucran multiplexación. El cableado de cobre solo transporta una señal a la vez. No, pero las señales multiplexadas de diferentes Las longitudes de onda se transmiten por el mismo cable de fibra óptica, lo que aumenta en gran medida el rendimiento total en una sola longitud de fibra. Los cables de fibra óptica son ideales donde los altos voltajes pueden ser un problema y la luz en la fibra es inmune a la radiación electromagnética. Los cables de cobre, por otro lado, están sujetos a las corrientes inducidas que pueden causar algunas máquinas. Las fibras no generan chispas, son impenetrables (a diferencia de las líneas de cable) y prácticamente no son corrosivas. En resumen, la fibra óptica es ideal para aplicaciones seguras, de precisión y en entornos hostiles. Además, en un mundo de ancho de banda cada vez mayor, la fibra óptica es esencial para la evolución continua de los servicios de información.
¿Por qué fibra para el futuro?
En las telecomunicaciones del futuro, es casi seguro que la mayor parte de la información se transportará por fibra. Dado que los consumidores y las empresas exigen un servicio telefónico y de Internet más rápido y confiable, los mejores procesos de fabricación hacen que la tecnología sea cada día más barata. Las redes telefónicas, de televisión e Internet existentes se pueden convertir para usar fibra óptica para mejorar el rendimiento, especialmente cuando se introducen señales multiplexadas. La transmisión de video con calidad 4K y Blu-Ray es difícil (si no imposible) a través de las redes de cobre implementadas en los Estados Unidos, como lo demuestran las bajas velocidades de Internet. Las empresas de telecomunicaciones que se resisten a invertir en sus redes argumentan que no hay aplicaciones que requieran velocidades gigabit simétricas. Esto es más o menos equivalente a lo que las compañías eléctricas argumentaron a principios del siglo XX de que no había necesidad de una red nacional. Para la innovación, el entretenimiento y el progreso general, Estados Unidos debe aprovechar la tecnología detrás de los cables de fibra óptica.