Fibra óptica: Qué es, cómo funciona, cuáles son sus ventajas y mucho más

La fibra óptica es una tecnología que ha revolucionado la forma en que el mundo se comunica. Pero, ¿te has preguntado alguna vez qué es realmente, cómo funciona, y principalmente, qué ventajas puede darte?

En este artículo de tu blog Movistar Perú conocerás qué es la fibra óptica, su historia, cómo funciona, qué aplicaciones te ofrece, por qué es tan relevante en la era de la información y mucho más sobre esta tecnología de comunicaciones, que apunta a convertirse en el estándar de conexión a Internet en todo el mundo.

• Qué es la fibra óptica
• Historia de la fibra óptica
• El cable de fibra óptica
• Tipos de cable de fibra óptica
• Diferencia entre el cable de cobre y el cable de fibra
• Cómo funciona la fibra óptica
• Para qué sirve la fibra óptica
• Ventajas de la fibra óptica

¿Qué es la fibra óptica?

La fibra óptica es una tecnología de transmisión de datos que utiliza hilos delgados de vidrio o plástico para enviar información en forma de pulsos de luz .Es una manera revolucionaria en la cual transmitimos información a través de largas distancias. Esta tecnología aprovecha las propiedades de la reflexión y la refracción de la luz para enviar datos a través de cables ópticos de alta calidad.

La fibra óptica ha desempeñado un papel fundamental en la revolución de las comunicaciones en las últimas décadas. Su desarrollo y evolución juegan un rol crucial en la forma en que transmitimos información y datos actualmente.

Historia de la fibra óptica: El camino a una revolución en comunicación

La fibra óptica tiene una historia muy interesante que se extiende a lo largo de varios siglos. Tal como ocurrió con la Internet en sí, la fibra óptica no tiene un solo creador, sino que es el resultado del trabajo de varios físicos, ingenieros y especialistas que buscaron entender las posibilidades de la luz para transmitir información a lo largo del tiempo.

Antes del siglo XX: Los primeros pasos en la óptica

El camino hacia la fibra óptica comenzó en el siglo XIX con los avances en la óptica. El científico suizo Jean-Daniel Colladon realizó uno de los primeros experimentos documentados con la transmisión de luz a través de un chorro de agua en 1842. Si bien este experimento no utilizaba ninguna fibra, sentó las bases para futuras investigaciones sobre la transmisión de luz en medios transparentes.

Década de 1950: Primeros intentos en la comunicación por fibra óptica

Los primeros intentos significativos de comunicación por fibra óptica se produjeron en la década de 1950, cuando los científicos investigaron la posibilidad de utilizar haces de luz para transmitir información. Sin embargo, estos experimentos iniciales enfrentaron retos significativos, como las altas tasas de atenuación de la señal y la falta de tecnología adecuada para guiar la luz a través de cables de fibra.

Años 1960 y 1970: Desarrollo de la fibra óptica moderna

La verdadera revolución en la fibra óptica se dio entre las décadas de 1950 y 1970. Varias investigaciones y avances tecnológicos clave contribuyeron al desarrollo de la fibra óptica moderna.

El científico indio Narinder Singh Kapany logró transmitir imagen de calidad óptima a través de fibras ópticas en 1953. A Kapany se le acredita como el padre del término “fibra óptica” que usó por primera vez en un artículo para la revista Scientific American en 1960. También fue el primero en escribir un libro sobre fibra, y desarrolló a lo largo de su vida un formidable trabajo como académico y empresario en este nuevo campo.

En la década de 1960, el trabajo del físico ingeniero Charles K. Kao se enfocó en reducir la atenuación de la señal de luz, gran obstáculo para la naciente tecnología. Al enfocarse no sólo en la física óptica sino en las propiedades del material, Kao propuso el uso de fibra de vidrio para la transmisión y señaló un límite de atenuación de debajo de 20 decibeles por kilómetro, valor que resultó clave en el desarrollo de la comunicación óptica.

En 1970, Robert Maurer, Donald Keck y Peter Schultz (de la empresa Corning Glass) desarrollaron la primera fibra óptica incorporando impurezas de sílice, lo que permitió una transmisión de señal más efectiva y acercarse más al límite de atenuación.

En 1977, los científicos Izuo Hayashi y Morton B. Panish (de Laboratorios Bell) lograron reducir significativamente la atenuación de la señal en las fibras de sílice, allanando el camino para una transmisión de datos confiable a largas distancias. Ese mismo año se logró enviar la primera transmisión telefónica a través de fibra óptica.

Década de 1980: Aplicaciones comerciales y despliegue

En la década de 1980, la fibra óptica comenzó a utilizarse en aplicaciones comerciales. Las empresas de telecomunicaciones adoptaron rápidamente esta tecnología debido a sus ventajas en velocidad y capacidad de transmisión. La empresa AT&T estableció un sistema de casi mil kilómetros para conectar Boston, Washington y las localidades intermedias.

En 1988 comenzó a operar el primer enlace de fibra óptica interoceánico. Se tendieron redes de fibra óptica a nivel mundial, reemplazando gradualmente los cables de cobre en muchas aplicaciones de telecomunicaciones.

Siglo XXI: Evolución continua y expansión

En el siglo XXI, la fibra óptica continuó evolucionando de modo que no solamente se utilizó para las comunicaciones a larga distancia, sino que también logró hacer llegar señal de Internet a los usuarios finales. Sus capacidades de multiplexación mejoraron y permitieron alcanzar mayores velocidades y anchos de banda.

Las redes de fibra óptica han seguido expandiéndose a nivel local, nacional e internacional para satisfacer la creciente demanda de conectividad de alta velocidad. Esto, por supuesto, incluye nuestro país. Esta tecnología lleva ya algunos años disponible en Perú para los usuarios finales; de hecho, según los organismos supervisores, Perú es el segundo país del mundo con la mayor tasa de crecimiento de conexiones de acceso con fibra óptica en 2023.

El cable de fibra óptica: la clave de la alta velocidad

El cable de fibra óptica es el componente principal de la tecnología que respalda la transmisión de datos a alta velocidad. Este cable es un medio de transmisión de datos que utiliza hilos delgados de vidrio o plástico, conocidos como fibras ópticas, para enviar la información en forma de impulsos de luz a velocidades extremadamente altas y a largas distancias con una pérdida mínima de señal.

Un cable de fibra óptica consta de varias partes fundamentales:

Cubierta exterior

Es la parte exterior y visible del cable, que le sirve de protección contra los agentes externos. Suele ser de polietileno o termoplástico.

Armadura

La armadura del cable lo protege del movimiento y la tracción. Generalmente está hecha de kevlar o materiales similares.

Recubrimiento antiflama

Sirve para proteger a las fibras de sobrecalentamientos y posibles incendios.

Cinta aislante

La cinta aislante recubre todos los buffers, y se compone de material no conductor de la electricidad.

Buffer

El buffer es el revestimiento externo que contiene el gel que compone el cladding y la fibra óptica.

Cladding

El cladding recubre los hilos de fibra óptica. Se compone de gel de color oscuro que evita la pérdida de luz de las fibras.

Fibra

Es la parte fundamental del cable, hecha de fibras ópticas que transportan la luz y los datos codificados en ella. Las fibras están fabricadas en cristal de silicio o plástico de alta calidad, que reflejan y refractan la luz continuamente hasta que llega a su destino.

Drenaje

No es un componente de todos los cables, pero su función es muy útil: sirve para conducir la posible humedad que afecte el cable fuera de él.

Núcleo

El núcleo o varilla central está hecho por lo general de fibra de vidrio y resina. Su función es dar resistencia al cable contra los movimientos a que será sometido.

Tipos de cable de fibra óptica

Ahora que hemos visto las partes básicas del cable, examinemos los tipos de cable de fibra óptica que existen.

Hay al menos dos tipos de cables de fibra óptica que debes conocer, los cuales son:

Fibra multimodo

La fibra óptica multimodo es una tecnología de transmisión de datos que ha sido fundamental en la creación de redes locales y en la comunicación a corta distancia. Como su nombre sugiere, la fibra multimodo es un tipo de fibra óptica que permite la transmisión de múltiples modos de luz a través de su núcleo. Esto significa que varios rayos de luz pueden viajar simultáneamente a través de la fibra rebotando en las paredes internas del núcleo y siguiendo diferentes trayectorias. Cada uno de estos modos de luz tiene un ángulo de incidencia ligeramente diferente en el núcleo.

La fibra multimodo tiene varias ventajas, pero también desventajas:
• Entre sus ventajas está su costo, ya que es más económica que la fibra monomodo, y su facilidad de instalación, ya que el mayor diámetro de su núcleo permite instalar y conectar dispositivos más fácilmente.
• Entre sus desventajas, está que es mejor usarla sólo en distancias cortas, ya que su menor ancho de banda y la dispersión modal limitan su distancia de transmisión efectiva en comparación con la fibra monomodo.

Algunas de las aplicaciones más comunes de la fibra multimodo incluyen:
• Redes de área local (LAN): Se utiliza en la infraestructura de redes de oficina y campus para transmitir datos a alta velocidad a distancias relativamente cortas.
• Conexiones de centro de datos: Se emplea para conectar servidores y equipos en centros de datos, donde se requiere una alta capacidad de transmisión de datos.
• Comunicaciones de audio y video: Se utiliza en sistemas de transmisión de video y audio de alta definición.
• Aplicaciones de fibra a la casa (FTTH): En algunos casos, se utiliza en la última milla de la red de acceso para proporcionar servicios de Internet de alta velocidad a hogares y empresas.

Fibra monomodo

La fibra monomodo es un tipo de fibra óptica que permite la transmisión de un solo modo de luz a través de su núcleo. A diferencia de la fibra óptica multimodo, que permite múltiples modos de luz, la fibra óptica monomodo limita la propagación de la luz a una sola trayectoria, lo que la hace ideal para aplicaciones de larga distancia y alta velocidad. Las señales viajan en una sola trayectoria, lo que reduce la dispersión y permite distancias más largas y velocidades más altas.

El funcionamiento de la fibra óptica monomodo se basa en el principio de la reflexión total interna. Cuando un rayo de luz entra en el núcleo de la fibra con el ángulo adecuado, la luz se refleja completamente dentro del núcleo, evitando pérdidas significativas. Esto permite que la luz viaje a través del núcleo de la fibra a distancias extremadamente largas sin una degradación notable de la señal.

La fibra monomodo tiene ventajas notables, así como ciertas desventajas:
• Entre sus ventajas está su capacidad de ofrecer velocidades de transmisión extremadamente altas para distancias de transmisión muy largas sin degradación significativa de la señal. Además, esta fibra tiene una atenuación mucho menor en comparación con la fibra óptica multimodo.
• Como desventajas, está su mayor costo en comparación con la fibra multimodo, debido a la precisión requerida en la fabricación y la instalación, y su mayor dificultad de implementación, ya que requiere conectores y equipos más precisos para garantizar un rendimiento óptimo.

La fibra monomodo se utiliza en una variedad de aplicaciones críticas donde la transmisión de datos de alta velocidad y la distancia son fundamentales:
• Telecomunicaciones de larga distancia: La fibra monomodo es la elección predilecta para las redes de larga distancia, como las conexiones de cables submarinos transoceánicos.
• Redes de transporte de datos: Se utiliza en la infraestructura de redes de transporte de datos de alta velocidad, como las redes troncales de Internet.
• Redes metropolitanas (MAN): Se emplea en redes de área metropolitana para conectar áreas geográficas extensas.

Diferencias entre el cable de cobre y el cable de fibra óptica

Teniendo todo esto en cuenta, surge la pregunta de qué diferencia hay entre la tecnología actual más difundida para la conexión a Internet, el cable de cobre, y el cable de fibra óptica. Ambos tipos de cables tienen sus propias características y ventajas, las mismas que exploraremos a continuación.

Medio de transmisión

• El cable de cobre, evidentemente, utiliza cables metálicos de cobre (aunque puede incluir otros elementos) para transportar señales eléctricas. Los cables de par trenzado y coaxiales son ejemplos comunes de cables de cobre.
• Por su parte, el cable de fibra óptica utiliza hilos de vidrio o plástico extremadamente delgados para transmitir señales de luz.

Velocidad de transmisión

• Las velocidades de transmisión en los cables de cobre son limitadas en comparación con la fibra óptica. Los cables de cobre pueden soportar velocidades que van desde unos pocos megabits por segundo hasta gigabits por segundo.
• La fibra óptica, como hemos dicho, es reconocida por su alta velocidad de transmisión. Puede transmitir datos a velocidades de gigabits por segundo y, en algunos casos, incluso terabits por segundo.

Distancia de transmisión

• Los cables de cobre tienen limitaciones en la distancia a la que pueden transmitir datos sin que su señal se degrade. Por lo general, la señal comienza a degradarse después de unos pocos cientos de metros.
• En cambio, la fibra óptica es capaz de transmitir datos a largas distancias sin pérdida significativa de señal. Puede alcanzar distancias de varios kilómetros e incluso más sin requerir repetidores.

Resistencia a interferencias electromagnéticas (EMIs)

• Los cables de cobre son susceptibles a las interferencias electromagnéticas (EMI) que pueden degradar la calidad de la señal. Esto puede ocurrir en entornos con una gran cantidad de dispositivos eléctricos.
• Por su parte, la fibra óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas, e incluso se ha dicho que puede resistir impulsos electromagnéticos (EMPs). Esto la hace ideal en entornos ruidosos o en presencia de campos electromagnéticos fuertes.

Tamaño y peso

• Los cables de cobre tienden a ser más gruesos y pesados en comparación con los cables de fibra óptica. Esto puede hacer que su instalación sea más difícil, especialmente en espacios congestionados.
• Los cables que usa la tecnología de fibra óptica son notablemente delgados y livianos en comparación con los cables de cobre, lo que facilita su manejo y su instalación en espacios reducidos.

Seguridad

• Las señales eléctricas en los cables de cobre pueden generar calor y representar un riesgo de incendio en ciertas condiciones. Además, son más susceptibles a la interceptación de señales.
• La fibra óptica no genera calor y no representa un riesgo de incendio. También es difícil de interceptar, lo que la hace más segura para la transmisión de datos confidenciales.

¿Cómo funciona la fibra óptica? La magia de la transmisión de luz

La fibra óptica es una tecnología avanzada que se basa en la transmisión de luz a través de cables delgados de vidrio o plástico. Su funcionamiento se rige por principios fundamentales de la física y la óptica, y es esencial para la revolución de las comunicaciones modernas.

El funcionamiento de la fibra óptica se basa en dos principios clave que examinaremos ahora.

Reflexión total interna

Cuando la luz viaja de un material con una densidad refractiva más alta (como el vidrio de la fibra) a un material con una densidad refractiva más baja (como el aire), puede experimentar reflexión total interna. Esto significa que, en ciertos ángulos de incidencia, toda la luz se refleja dentro del material de mayor densidad en lugar de transmitirse al material de menor densidad.

Refracción

La refracción es el cambio en la dirección de la luz cuando pasa de un medio a otro con una densidad refractiva diferente. Este fenómeno es lo que permite que la luz se propague a través de la fibra óptica.

Teniendo en cuenta estos dos principios, el proceso de transmisión de datos a través de fibra óptica se realiza de la siguiente forma:

Modulación

La información se convierte en señales digitales, que luego se modulan para variar la intensidad de la luz que se transmitirá a través de la fibra.

Inyección de luz

Un dispositivo emisor inyecta luz en el extremo de la fibra óptica. Esta luz se propaga a través del núcleo de la fibra debido a la reflexión total interna.

Transmisión

La luz viaja a lo largo de la fibra óptica, manteniendo su intensidad y calidad a lo largo de distancias significativas.

Recepción

En el extremo receptor, un dispositivo fotosensible detecta la luz y la convierte nuevamente en señales digitales.

Desmodulación

Las señales digitales se desmodulan para recuperar la información original.

¿Para qué sirve la fibra óptica? Aplicaciones actuales y potenciales

La capacidad de la fibra óptica para transmitir datos a velocidades impresionantes y mantener la calidad de su señal a lo largo de largas distancias la convierte en una herramienta esencial en diversas industrias y áreas de la vida cotidiana.

Telecomunicaciones de alta velocidad

Una de las aplicaciones más notables de la fibra óptica es en las telecomunicaciones de alta velocidad. Sirve como el conducto principal para la transmisión de datos, voz y video en redes de banda ancha. Esto permite que las personas disfruten de conexiones de Internet ultrarrápidas, llamadas telefónicas claras y transmisiones de televisión de alta definición sin problemas.

Transmisión de datos a larga distancia

La fibra óptica es ideal para la transmisión de datos a larga distancia. Las redes de fibra óptica conectan ciudades, países e incluso continentes, y esta capacidad de transmitir información a través de miles de kilómetros con una pérdida mínima de señal la hace invaluable para las comunicaciones globales.

Redes de área local (LAN) y empresariales

En el ámbito empresarial, la fibra óptica se utiliza para establecer redes de área local de alta velocidad (LAN) dentro de las organizaciones. Esto facilita la transferencia rápida de datos entre computadoras y dispositivos dentro de una empresa, mejorando la eficiencia y la productividad.

Medicina y cirugía

En medicina, la fibra óptica se utiliza en endoscopias y otros procedimientos médicos. Los cables de fibra óptica delgados permiten a los médicos visualizar áreas internas del cuerpo humano con precisión y realizar cirugías mínimamente invasivas.

Sensores y medidores de precisión

La fibra óptica se utiliza en una variedad de sensores para medir variables como temperatura, presión, tensión y deformación. Su alta sensibilidad y capacidad para resistir entornos adversos la convierten en una opción ideal para aplicaciones de monitoreo y control.

Industria de la defensa y seguridad

En la industria de la defensa y la seguridad, la fibra óptica se utiliza para sistemas de comunicación y vigilancia. Su inmunidad a las interferencias electromagnéticas y su capacidad para transmitir datos de manera segura son valiosas en entornos críticos.

Internet de las Cosas (IoT) y futuras tecnologías

La fibra óptica se está convirtiendo en una parte integral de la infraestructura necesaria para habilitar el Internet de las Cosas (IoT) y futuras tecnologías como la realidad virtual y aumentada. Estas aplicaciones requerirán velocidades de transmisión de datos aún más rápidas y confiables.

¿Qué ventajas tiene la fibra óptica? (velocidad y mucho más)

Las ventajas de la fibra óptica sobre las tecnologías de transmisión tradicionales son diversas, lo que la ha convertido en la elección predilecta para una amplia gama de aplicaciones. Veamos algunas de ellas a continuación.

Velocidades de transmisión ultrarrápidas

Una de las ventajas más destacadas de la fibra óptica es su capacidad para transmitir datos a velocidades extremadamente altas. Esto la convierte en la elección ideal para servicios de Internet de alta velocidad, streaming de video en 4K y 8K, videoconferencias de alta calidad y transferencia de datos de gran tamaño. La velocidad de la luz es la velocidad de transmisión máxima, lo que significa que la fibra óptica se acerca a la velocidad de la luz en términos de rendimiento.

Baja atenuación de la señal

La fibra óptica tiene una pérdida de señal mínima en comparación con los cables de cobre. A medida que la señal viaja a través de la fibra, experimenta una atenuación significativamente menor, lo que permite que la información se transmita a distancias mucho mayores sin degradación de la calidad de la señal. Esto es particularmente importante en redes de larga distancia y cables submarinos que conectan continentes.

Inmunidad a interferencias electromagnéticas (EMI)

A diferencia de los cables de cobre, la fibra óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas. Esto significa que no se ve afectada por campos electromagnéticos generados por dispositivos eléctricos, relámpagos u otras fuentes de EMI. La estabilidad de la señal de fibra óptica la hace confiable en entornos ruidosos y adversos.

Mayor ancho de banda

La fibra óptica tiene la capacidad de transportar múltiples canales de datos simultáneamente, lo que se conoce como multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Esto amplía drásticamente el ancho de banda disponible y permite la transmisión de grandes cantidades de datos a través de una sola fibra. Como resultado, las redes de fibra óptica pueden manejar la creciente demanda de datos en la era digital.

Seguridad y privacidad

La fibra óptica es difícil de interceptar. A diferencia de los cables de cobre, que pueden ser susceptibles a la interceptación de señales mediante la inserción de dispositivos de escucha, la fibra óptica no emite señales eléctricas que puedan ser capturadas de manera similar. Esto la convierte en una opción segura para la transmisión de datos confidenciales.

Menor pérdida de potencia

A lo largo de distancias largas, los cables de cobre experimentan una pérdida significativa de potencia eléctrica. En contraste, la fibra óptica mantiene una potencia de señal más constante, lo que reduce la necesidad de amplificadores y repetidores en redes de larga distancia.

Menos mantenimiento

La fibra óptica es menos propensa a daños y deterioro en comparación con los cables de cobre. No se oxida ni se corroe, y su mantenimiento generalmente implica menos costos y menos interrupciones en el servicio.

La fibra óptica es una tecnología esencial en el mundo actual, permitiendo velocidades de Internet más rápidas, comunicaciones confiables y una amplia variedad de aplicaciones en campos como la medicina, la industria y el entretenimiento. Su historia de desarrollo y sus ventajas la convierten en una tecnología fundamental para la conectividad y el flujo de información en la sociedad moderna. Si buscas una conexión rápida y confiable, la fibra óptica es la elección evidente.