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Cables de fibra óptica
Como funcionan y como los ingenieros los usan para enviar señales.
3º Temporada. Vídeos de engineerguy
Es fascinante. Es un cable de fibra óptica de un equipo de música.
Si enfoco el puntero láser a través del cable, este guía la luz hasta la otra punta.
Estos cables se usan actualmente para conectar nuestro mundo.
y son capaces de transmitir información a través de países y océanos,
pero primero, Déjame mostrarte como funcionan.
Tengo un cubo, que he modificado con una ventana en un lado.
Y en el otro lado, he puesto una arandela en este agujero.
Tengo una botella con un poco de Propilenglicol.
Un soporte.
Y por supuesto, un puntero láser
Ahora, fíjate en este agujero cuando apague las luces.
Es maravilloso.
La luz sigue todo el chorro hasta el cubo.
Asombroso.
Esto ocurre debido a la reflexión interna total.
Según la luz entra en el chorro, esta es reflejada
al chocar con superficie entre el aire y el liquido.
Aquí puedes ver la primera reflexión, y después la segunda y la tercera.
Esto ocurre por la diferencia entre el indice de refracción del material que hace de guía
en este caso propilenglicol
y el exterior
aire en este caso.
Resaltar que cada vez que la luz choca con la superficie puede ser
absorbida por el material,
reflejada por el material
o atravesar el material
a esto lo llamamos refracción.
Es mas fácil verlo desde arriba.
Reflexión y refracción pueden ocurrir a la misma vez,
pero si un rayo golpea la superficie con un ángulo mayor que el ángulo crítico
será completamente reflejada y no refractada.
Para Propilenglicol y el aire
cuando el haz toca la superficie con un ángulo mayor a 44,35 grados
medidos desde la normal el haz se propagará
por el flujo gracias a la reflexión interna total.
Para crear este mismo efecto en un cable de fibra óptica, los ingenieros crean un núcleo de cristal, normalmente dióxido de silicio puro
y recubrimiento exterior
que normalmente también es dióxido de silicio,
pero con impurezas de boro o germanio para bajar su indice de refracción.
Un uno por ciento de diferencia es suficiente para hacer funcionar una fibra óptica.
Para hacer un cable tan largo y tan fino de cristal, los ingenieros calientan un bloque de cristal.
El centro es el núcleo puro de cristal y el exterior es el recubrimiento.
Entonces estiran la fibra pasándola por unos rodillos
a una velocidad de 1600 metros por minuto.
Normalmente estas plantas suelen tener varias plantas de alto.
La altura permite a la fibra enfriarse antes de ser enrollada en una bobina.
Uno de los grandes logros de la ingeniería ha sido
el primer cable transatlántico de fibra óptica.
Llamado TAT-8 se extiende desde Tuckerton, Nueva Jersey
por el fondo del oceano, unos 5600 kilómetros hasta ramificarse en
Widemouth, Inglaterra y Penmarch, Francia.
Los ingenieros diseñaron cuidadosamente este cable para resistir en el fondo del océano.
En el centro reposa el núcleo.
En menos de 3 mm de diámetro hay 6 fibras ópticas
enrolladas al rededor del núcleo de acero.
Están incrustadas en un elastómero para amortiguar las fibras,
rodeadas con cables de acero, y después selladas
dentro de un cilindro de cobre para protegerlas del agua.
El cable final tiene unos 21 mm de diámetro,
y puede manejar 40.000 llamadas telefónicas simultaneas.
La esencia de como envían la información a través del cable de fibra óptica es muy simple.
Previamente he acordado un código con alguien al otro lado
puede que usemos código Morse
y simplemente bloqueo el láser, para que la persona al otro lado lo vea
parpadear, transmitiendo un mensaje.
Para enviar una señal ***ógica como una llamada de voz a través del cable, usan modulación por impulsos codificados.
Tomamos una señal ***ógica y la cortamos en secciones
y aproximamos la amplitud de la onda lo mejor que podemos.
Queremos hacer esto una señal digital,
eso significa unos valores concretos, y no cualquier valor.
Por ejemplo, voy a usar 4 bits,
lo que significa que tenemos 16 posibles valores de amplitud.
Entonces las primeras cuatro secciones de la señal pueden ser aproximadas
sobre 10, 12, 14 y 15.
Tomamos cada sección y convertimos su amplitud en una serie de unos y ceros.
La primera barra de valor 10 será codificada como 1-0-1-0.
Podemos hacer esto para cada sección de la curva.
Ahora en vez de ver la onda verde,
o las barras azules,
podemos ver la señal como una serie de
unos y ceros correlativos en tiempo.
Y esta es la secuencia que enviamos a través del cable de fibra óptica.
Un destello para un uno y nada para un cero.
Por supuesto que el método de codificación debe ser conocido en el otro extremo,
entonces descifrar el mensaje es trivial.
Ahora, te estarás preguntando como un haz láser puede viajar cerca de 6500 Km
a través del oceano.
No lo hace sin alguna ayuda, porque la luz se escaparía de las fibras.
Volvamos a nuestro chorro de Propilenglicol.
Así es como la luz se atenúa a medida que viaja.
Puedes ver como un fino haz sale del cubo,
que se difumina un poco según entra en el chorro.
Y después del primer rebote el haz se refleja mas ancho que cuando entró.
Esto es porque la superficie del aire es irregular
y los rayos que componen el haz chocan en ángulos ligeramente diferentes.
Cuando el haz hace su segunda reflexión, estos rayos individuales divergen aún mas,
hasta que en el tercer rebote, muchos de los rayos
ya no tienen el ángulo crítico y pueden escapar del chorro.
Aquí ocurre en unas pocas pulgadas,
pero en un cable como el TAT-8 la señal viaja sorprendentemente
50 Km antes de necesitar ser amplificada.
Absolutamente impresionante.
Soy Bill Hammack, el ingeniero.