Repasa a fondo de los personajes e hitos que hicieron posible que, a día de hoy, podamos disfrutar de Internet de alta velocidad.

Por J.J. Velasco para Think Big. El término fibra óptica hoy en día nos resulta algo familiar y cotidiano, un medio de transmisión que está presente en muchos hogares gracias al FTTH y que desde hace bastantes años forma parte del core de las grandes redes de comunicación (por ejemplo, los cables submarinos). Cada vez generamos más información, y fabricantes de equipos de red como Cisco apuntan a que en 2015 serán 15 mil millones los dispositivos conectados a Internet, mientras que el tráfico cursado por la red se multiplicará por cuatro con respecto al año 2010.

Lógicamente, con estas previsiones de crecimiento en el volumen de información a cursar, la gran capacidad de transmisión de la fibra óptica es clave para poder responder a esta futura demanda. Se trabaja en nuevos enlaces submarinos a 100 Gbps y en proyectos de investigación que nos permitan subir varios órdenes de magnitud en la capacidad de transmisión y llegar al Petabit por segundo.

La fibra óptica es uno de los grandes descubrimientos de la segunda mitad del siglo XX aunque, eso sí, gran parte de los fundamentos de la misma proceden de estudios algo más antiguos (concretamente de los siglos XVIII, XIX y principios del siglo XX). Habiendo cuenta de la importancia de este medio de transmisión para sustentar nuestras redes de comunicación, vamos a dedicar unos minutos a conocer algunos aspectos clave del origen de la fibra óptica.

Imagen Firas MT en Flickr

Los primeros trabajos

Las señales luminosas siempre se han utilizado como método de comunicación desde la antigüedad, sin embargo estas comunicaciones eran estrictamente visuales y la luz era algo que el hombre no había llegado a controlar más allá de saber que ésta viaja en línea recta. Claude Chappe, en el siglo XVIII, desarrolló en Francia un sistema de telégrafo óptico basado en torres y en la observación y que se considera uno de los primeros usos modernos de la luz en el intercambio de información.

La luz podía usarse para transmitir información pero ésta viajaba por el espacio libre y no había manera de “controlarla” o hacerla circular por un medio cerrado sin que este fuese totalmente recto. La única manera de hacer viajar la luz por un medio de transmisión cerrado con independencia de su curvatura fue algo que llegó de la mano de Daniel Colladon y Jacques Babinet en París, en la década de 1840, sentando las bases del confinamiento de la luz sobre una línea de transmisión, gracias al fenómeno de la refracción.

En 1870, John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro de un material y salvar la curvatura de la línea de transmisión gracias a la reflexión interna en las “paredes” del material. Este hallazgo lo realizó usando agua como el medio en el que propagar la luz pero, años más tarde, otros investigadores replicaron el entorno demostrativo y sustituyeron el agua por cristal como posible medio de transmisión para comunicaciones de larga distancia.

El Imperial College y Narinder Singh Kapany

Tras estos primeros trabajos, si bien se estaban empezando a sentar las bases de las comunicaciones ópticas (es decir, usando la luz), la tecnología de la época no permitía desarrollar materiales que permitiesen transmitir la luz con un rendimiento aceptable y, por tanto, minimizando las pérdidas de señal.

Tuvieron que pasar unos cuantos años para que en los años 50 del siglo XX, un joven licenciado en Ciencias Físicas llamado Narinder Singh Kapany procedente de la India llegase a Londres para estudiar el doctorado en el prestigioso Imperial College. Kapany, hoy en día, es reconocido como el padre de la fibra óptica gracias a sus años de investigación doctoral en Londres y, sin duda, su trabajo marcaría todo un punto de inflexión en el ámbito de las comunicaciones.

Narinder Singh Kapany entró a trabajar en el equipo de investigación del profesor Harold Hopkins, un docente que se había doctorado en 1947 con un trabajo sobre óptica. Junto a Hopkins, Kapany comenzó a basarse en los estudios de John Tydall para desarrollar una teoría con la que poder desarrollar un material por el que la luz pudiese viajar y, en el caso de presentar alguna curvatura, el haz de luz pudiese adaptarse gracias a las reflexiones de los rayos de luz sobre el material.

Junto a Hopkins, Kapany publicaría en la revista Nature el artículo A flexible fibrescope, using static scanning, una clave que supuso el gran impulso para el desarrollo de la fibra óptica. Además de la teoría, Kapany y Hopkins habían sido capaces de conducir un haz de luz a través de un conjunto de fibras de 75 centímetros de largo y, además, las pérdidas sufridas en la transmisión habían sido muy pequeñas.

Hasta entonces, nadie había sido capaz de transportar luz bajo un soporte físico que estuviese curvado y, a partir de aquí, comenzó la gran explosión que nos ha llevado a que podamos disfrutar de velocidades de 100 Mbps en nuestros hogares.

La endoscopia y las primeras aplicaciones reales

Tras el éxito de Kapany y Hopkins con el desarrollo de estas primeras fibras ópticas experimentales, un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan (Basil Hirschowitz, Wilbur C. Peters, y Lawrence E. Curtiss) se basaron en el artículo de Kapani y sus hallazgos para trabajar en los primeros usos prácticos de la fibra óptica.

En el año 1956, este equipo de investigadores fue capaz de fabricar la primera fibra semiflexible con la idea de dotar una sonda de vídeo que fuese flexible. Consiguieron su objetivo y le buscaron una aplicación práctica desarrollando el primer dispositivo óptico con el que realizar una endoscopia.

Imagen: UAB News

Si bien el caso de uso era interesante y no marchó mal, la fibra óptica seguía presentando muchas pérdidas y hacía inviable su utilización para cubrir distancias mayores a los 9 metros.

La fibra óptica en las telecomunicaciones

Sir Charles Kuen Kao, Premio Nobel de Física en 2009 por sus contribuciones a las comunicaciones ópticas y conocido como el “padre de las comunicaciones por fibra óptica”, es otro de los personajes clave dentro del mundo de las telecomunicaciones. En 1956, en su tesis doctoral predijo que la atenuación de una fibra óptica no debía ser superior a los 20 decibelios por kilómetro, si se quería que ésta fuese apta para usarse en transmisiones de datos. Por aquel entonces Manfred Böhner en los laboratorios de investigación de Telefunken en Ulm (Alemania) ya había realizado las primeras pruebas de transmisión de datos digitales sobre fibra óptica.

Con el dato aportado por Kao y su propio impulso de la tecnología junto a su compañero G. A. Hockham (que trabajaba con él en los laboratorios de investigación de Standard Telecommunications en Reino Unido), la industria comenzó a tomar conciencia de que el futuro de las comunicaciones pasaba por la luz y el vidrio más que por los cables de conductores metálicos.

A pesar de ello, los procesos de fabricación debían mejorarse mucho porque estaban aún muy lejos del valor objetivo marcado por Kao. Precisamente, Kao y Hockham desarrollaron un estudio teórico en el que caracterizaron los procesos de fabricación y depuraron las fibras fabricadas gracias a la detección de impurezas en los cristales. Cubriendo las fibras con una camisa de nylon y una cubierta resistente era posible manipular los cables sin que se rompiesen y, por tanto, hacer viable su uso en una instalación convencional.

El siguiente gran salto se dio en el año 1970 en Corning Glass (una empresa muy conocida hoy en día por el desarrollo de cristales flexibles y resistentes que están en algunos smartphones el mercado). El equipo de Corning fue capaz de desarrollar fibras de atenuaciones de 0,5 dB/km, todo un salto que, sumado al trabajo de los Laboratorios Bell en el desarrollo de láseres que eran capaces de funcionar a temperatura ambiente, propició que el 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics cursase la primera transmisión telefónica a través de fibra óptica con una tasa de transmisión de 6 Mbps.

Tras esta primera llamada, las comunicaciones ya no serían iguales y la fibra óptica cruzaría mares y océanos, formaría una gran malla tejida en las ciudades y llegar a los hogares de los usuarios.