¿Qué es la fibra óptica?

Los circuitos de Fibra Óptica son filamentos de vidrio flexibles, del espesor de un pelo. Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas).

El concepto de las comucaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos años. Sin embargo, no fue hasta mediados de losaños setenta que se publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos indicaban que era posible confiar un haz luminoso en una fibra transparente y flexible y proveer asi un canal analogico óptico de la señalización por alambres electrónicamente. El problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra óptica residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso. Para la comunicación práctica, la fibra óptica debe trasnmitir señales luminosas detectables por muchos kilómetros. El vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros. Se han desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparecias mucho mayores que la del vidrio ordinario. Estos vidrios empezarón a producirse a principios de los setenta. Este gran avance dio ímpetu a la industria de las fibras ópticas. Ambos han de ser miniaturizados para componentes de sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido considerable labor de investigación y desarrollo. Los láseres generan luz "coherente" que ni es fuerte ni concentrada. Lo que se debe usar depende de los requisitos Técnicos para diseñar el circuito de fibras ópticas dado.

La fibra óptica es conocida hoy en día gracias a los operadores de telefonía e internet. Lo que no todo el mundo sabe es que la fibra óptica no tiene utilidad únicamente en la transmisión de datos. Una de las aplicaciones más interesantes, al menos desde mi punto de vista, y de la que vamos a hablar en esta entrada, es en la Ingeniería Biomédica. Damos las gracias al investigador Emmanuel Rivera Pérez de la Universidad de Valencia por habernos explicado a grandes rasgos los objetivos de su investigación, los cuales intentaremos plasmar en este pequeño artículo .

Para esta aplicación se utiliza fibra óptica monomodo sin revestimiento. El primer paso es adelgazar un pequeño tramo calentando la fibra en un punto y estirando de sus extremos. Obviamente esto lo realizan unas máquinas apropiadas para ello. Hay una teoría muy extensa y complicada sobre este proceso. El resultado es algo así:

Para podernos hacer a la idea, os dejo una formula muy utilizada en el diseño y los resultados que se obtienen para diferentes valores del parámetro a:

 

Se consigue incluso adelgazar fibra de unos 125µm a unos 2-3µm. Esto se hace para que la luz se propague por la superficie y no por el interior. Seguidamente se conecta a un extremo de la fibra un emisor de haces de luz (Punto 1 del siguiente gráfico), con la intención de hacer pasar un haz de luz a través de la fibra. En el otro extremo (Punto 2 del siguiente gráfico) se conecta un analizador de espectro óptico para ver si el haz de luz atraviesa correctamente la fibra o hay pérdidas.

Observando el espectro óptico, se acerca al tramo adelgazado, por el que pasa continuamente el haz de luz, un anillo de fibra óptica hasta que haya contacto. Se hace de la siguiente manera:

También puede utilizarse un pequeño trozo de fibra de unos 40µm de grosor, el cual se colocaría en perpendicular a la fibra adelgazada del siguiente modo:

La ventaja que tiene este método es que el trozo de fibra que colocamos encima de la fibra adelgazada puede tener en su interior un capilar, por el que podríamos hacer pasar un líquido para analizar sus propiedades. 

Al acercarlo, se ha observado que el espectro óptico de la salida cambia. Aparecen resonancias que indican que ciertas longitudes de onda se desvían  y viajan a través del anillo. A esto se le ha llamado Resonador de Fibra óptica.Podemos ver claramente la resonancia que se produce en este caso entorno aµ=680nm (según la siguiente imagen). Esto significa que la salida medida en un extremo de la fibra y la entrada (en el otro extremo) no es la misma. Ciertas longitudes de onda se acoplan al resonador (trozo o anillo de fibra que acercamos) y dejan de viajar por la fibra principal.

Este descubrimiento tiene muchísima utilidad en la Ingeniería Biomédica. Si en vez de acercar un anillo de fibra óptica aplicamos gotas de sangre con distntos niveles de glusosa, el espectro cambia. Por tanto entramos en el campo del sensado fotónico. También se puede aplicar para detectar malformaciones en los genes e incluso para facilitar la detección de proteínas.

Todo esto está todavía en fase de investigación, pero parece interesante y prometedor. Tendremos que esperar un tiempo para ver los resultados...