Con implicaciones que van más allá de las telecomunicaciones, la fotosensibilidad promete un futuro donde las fibras ópticas no solo transmitan datos, sino que interactúen con su entorno de formas innovadoras y variadas.
Por Yarien Moreno, profesor del Depto. Electrónica y Comunicación en la Fac. de Informática, Electrónica y Comunicación de la Universidad de Panamá.
La fibra óptica es uno de los medios de comunicación más utilizados a nivel mundial, superando a los medios como los cables de cobre y los medios inalámbricos como los satélites. Esto se debe a sus múltiples ventajas que ofrece la fibra óptica, entre las cuales se destacan la baja latencia y los altos niveles de capacidad de transmisión, ya que esta cuenta con la capacidad de transmitir grandes volúmenes de datos a altas velocidades, lo cual es esencial en nuestro mundo digital.
Adicional a estas características, la fibra óptica también cuenta con características particulares que la hacen especialmente atractiva. Por ejemplo, no es susceptible a las interferencias electromagnéticas, lo que significa que la información que transmite no se verá afectada por otros dispositivos electrónicos. Esta es una ventaja significativa en entornos donde hay una gran cantidad de equipos electrónicos, como en oficinas o industrias. De igual forma, las fibras ópticas pueden ser utilizadas en ambientes hostiles ya que soportan altas temperaturas y presiones, tornándolas ideales para su uso en condiciones ambientales adversas, como en el fondo del océano o en el espacio. También, las fibras ópticas pueden transmitir información utilizando técnicas de multiplexación, como la división de longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM), la cual utiliza las distintas longitudes de onda como canales para transmitir múltiples señales de datos simultáneamente a través de una sola fibra óptica.
Además de todas estas características, una propiedad particularmente interesante de la fibra óptica es su fotosensibilidad, la cual consiste en el cambio del índice de refracción de la fibra óptica. Este cambio se puede obtener al exponer el núcleo de la fibra a la luz ultravioleta, lo cual genera una alteración microestructural en la fibra que resulta en el cambio del índice de refracción. Esta característica no solo es de gran ventaja para los sistemas de comunicación, sino también en los distintos sistemas de medición, ya que, debido a la fotosensibilidad, las fibras ópticas pueden interactuar con el entorno, lo que permite que además de ser utilizadas como medio de transmisión, las fibras ópticas puedan ser utilizadas como herramientas de medición.
Este fenómeno fue observado por primera vez por Hill et al., quienes lo asociaron con el descubrimiento de la rejilla de fibra óptica en 1978. Sin embargo, no fue hasta 1989 cuando Meltz et al. propusieron una nueva técnica de fotoinscripción de rejillas de Bragg, que el interés de los investigadores se incrementó.
Desde entonces, se han llevado a cabo numerosos estudios sobre la fibra óptica, explorando áreas como el diseño, nuevas técnicas de fabricación y también nuevas técnicas para mejorar el rendimiento de las fibras ópticas actuales. Se han utilizado distintos materiales como oro, plata, grafeno, paladio, iterbio, entre otros, y en diferentes combinaciones, para lograr aumentar la fotosensibilidad.
Gracias a estos avances en el tema de la fotosensibilidad, la fibra óptica no solo ha mantenido su posición como el medio preferido para las redes de comunicación, sino que también ha abierto las puertas a una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, se utiliza la fibra óptica como herramienta de medición de distintos parámetros físicos como temperatura, presión, humedad relativa, torsión, curvatura, estrés, entre otros utilizándose ampliamente en sectores como la ingeniería civil, redes de monitoreo, redes de transporte, entre otros. Además, se ha utilizado la fibra óptica para realizar mediciones químicas y bioquímicas en diversas áreas como la medicina, la industria farmacéutica y la industria de alimentos, siendo capaz de detectar concentraciones de distintas proteínas como glucosa, hemoglobina, así como la detección de hibridación en muestras de ADN, y componentes tóxicos en alimentos, entre otros.
Esto hace que los estudios tanto de los sensores basados en fibra óptica, así como de las distintas características como la fotosensibilidad, sigan siendo estudiados a profundidad, ya que, al mejorar el rendimiento de las fibras ópticas, se mejoran los sistemas tanto de comunicación como de medición.
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