La fibra óptica es un filamento flexible, generalmente fabricado con vidrio de sílice y, en algunas aplicaciones, con materiales plásticos, diseñado para transportar información mediante pulsos de luz con una pérdida muy pequeña de señal. Gracias a esta tecnología, cuando vemos una película en streaming, hacemos una videollamada, enviamos un mensaje o consultamos una página web, enormes cantidades de información pueden recorrer grandes distancias a velocidades extraordinarias. Funciona como una diminuta autopista para la luz. En el centro se encuentra el núcleo, que tiene un índice de refracción ligeramente mayor que el material que lo rodea. Cuando la luz viaja por el núcleo y llega a la frontera con el revestimiento con el ángulo adecuado, puede reflejarse completamente hacia el interior en lugar de salir de la fibra. De esta manera, la luz permanece confinada y puede avanzar a lo largo del filamento.
Este principio tiene antecedentes que se remontan al siglo XIX. En 1870, el físico británico John Tyndall realizó demostraciones en las que un haz de luz podía seguir la trayectoria curva de un chorro de agua debido a la reflexión interna. Su demostración fue una ilustración temprana del fenómeno físico en el que se basa esta tecnología.
Convertir ese principio físico en un sistema de comunicación práctico requirió casi un siglo de avances. A mediados del siglo XX, investigadores como Narinder Singh Kapany y Harold Hopkins desarrollaron sistemas capaces de transmitir imágenes mediante haces de fibras, contribuyendo al desarrollo de aplicaciones médicas, como los fibroscopios flexibles.
El gran salto hacia las telecomunicaciones llegó en la década de 1960. En 1966, Charles Kao y George Hockham plantearon que las enormes pérdidas que presentaban las fibras disponibles no eran una limitación inevitable de la tecnología, sino que estaban relacionadas en gran medida con las impurezas del vidrio. Propusieron que, utilizando vidrio de suficiente pureza, la atenuación podía reducirse hasta alrededor de 20 decibelios por kilómetro, haciendo posible la transmisión de información a grandes distancias. Aquella propuesta fue decisiva y Charles Kao recibió el Premio Nobel de Física en 2009 por sus contribuciones al desarrollo de la comunicación mediante fibra óptica.
En 1970 llegó otro momento fundamental. Un equipo de investigadores de Corning, formado principalmente por Robert Maurer, Donald Keck y Peter Schultz, consiguió fabricar una fibra de vidrio con una atenuación de aproximadamente 16 a 17 decibelios por kilómetro, superando el objetivo planteado por Kao.
Desde entonces, las pérdidas han disminuido enormemente. Las fibras modernas de telecomunicaciones pueden presentar atenuaciones cercanas a 0.2 decibelios por kilómetro en determinadas ventanas de transmisión, especialmente alrededor de 1.55 micrómetros. Esto permite recorrer grandes distancias antes de que sea necesario amplificar la señal.
Existen dos grandes tipos de fibra óptica utilizados en redes de comunicaciones: monomodo y multimodo. La fibra monomodo posee un núcleo muy pequeño, normalmente de unos 8 a 10 micrómetros de diámetro, y está diseñada para transmitir fundamentalmente un solo modo de propagación. Por sus reducidas pérdidas y su capacidad para transportar información a grandes distancias, es la principal elección para redes metropolitanas, enlaces de larga distancia, redes troncales y cables submarinos. La fibra multimodo tiene un núcleo mayor, habitualmente de 50 o 62.5 micrómetros, y permite la propagación de múltiples modos de luz. Se utiliza principalmente en distancias más cortas, como redes dentro de edificios, campus y determinados centros de datos.
Una característica curiosa es que, aunque el núcleo de una fibra monomodo puede tener un diámetro de apenas unos micrómetros, el diámetro exterior del vidrio que incluye el núcleo y el revestimiento suele ser de aproximadamente 125 micrómetros. Es decir, la fibra de vidrio completa puede tener un grosor comparable al de un cabello humano, aunque el tamaño de un cabello varía considerablemente de una persona a otra. Sobre ese vidrio se añaden además recubrimientos protectores que hacen que el cable completo sea mucho más grueso.
La capacidad de transmisión de la fibra óptica es extraordinaria. Un mismo sistema puede transportar enormes cantidades de información utilizando técnicas como la multiplexación por división de longitud de onda, que permite enviar simultáneamente señales utilizando diferentes longitudes de onda de luz. En condiciones experimentales, los investigadores han alcanzado capacidades impresionantes. En 2024, un equipo internacional dirigido por el Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones de Japón, NICT, demostró una transmisión de 402 terabits por segundo utilizando una fibra óptica comercial estándar y un sistema experimental que aprovechaba un amplio conjunto de bandas de transmisión.
La fibra también tiene otra ventaja fundamental: la información no se transporta como una corriente eléctrica por el interior del vidrio. Por ello, la fibra es inmune a las interferencias electromagnéticas que pueden afectar a los conductores metálicos. Esto resulta especialmente útil en fábricas, hospitales, centros de datos, instalaciones eléctricas y otros lugares donde existen motores, transformadores o grandes equipos capaces de producir campos electromagnéticos. Además, una fibra de vidrio no actúa como un conductor eléctrico convencional, por lo que puede utilizarse en ambientes donde el aislamiento eléctrico es importante.
Esto no significa, sin embargo, que una red de fibra sea completamente inmune a los efectos de una tormenta eléctrica. Aunque la fibra de vidrio no conduce la descarga como lo haría un cable metálico, los equipos electrónicos situados en los extremos, las fuentes de alimentación, los elementos metálicos del cable y otros componentes de la instalación sí pueden verse afectados por sobretensiones o descargas.
La enorme capacidad de la fibra óptica resulta especialmente evidente cuando observamos los cables submarinos. Bajo los océanos existe una extensa red de cables que conecta continentes y constituye una de las principales infraestructuras físicas de Internet. La Unión Internacional de Telecomunicaciones señala que los cables submarinos transportan actualmente más del 99% del tráfico internacional y transoceánico de datos. Los satélites siguen siendo importantes, especialmente para conectar zonas remotas, proporcionar redundancia y mantener las comunicaciones en determinadas situaciones, pero no sustituyen a la enorme capacidad de las redes de fibra submarina.
Cerca de las costas, donde existe mayor riesgo de interacción con actividades humanas, pueden utilizarse cables con protección adicional. En aguas profundas, donde el riesgo de pesca y anclaje es menor, los cables pueden tener una estructura diferente y más ligera. De hecho, las actividades humanas, especialmente la pesca y el anclaje, representan una de las principales causas de daños en los cables submarinos.
Aquí aparece una de las historias más curiosas relacionadas con la fibra óptica: los supuestos «ataques de tiburones» a los cables submarinos. Es cierto que existen registros históricos de tiburones que han mordido algunos cables, pero se ha exagerado enormemente la importancia de este fenómeno. No existe evidencia de que las vibraciones electromagnéticas de los repetidores submarinos atraigan sistemáticamente a los tiburones ni de que el blindaje de los cables se diseñe principalmente para protegerlos de estos animales. Los datos disponibles muestran que los tiburones y otros peces representan una amenaza muy pequeña frente a causas como la pesca y el anclaje.
La fauna terrestre sí puede dañar determinadas instalaciones de fibra óptica. Roedores como ratas, ardillas y otros animales pueden morder los recubrimientos de los cables, especialmente cuando estos se encuentran expuestos, instalados en postes o situados subterráneamente. Existen incluso diseños de cables con protección especial frente a roedores.
En la vida cotidiana, la fibra óptica está mucho más cerca de nosotros de lo que solemos imaginar. Cuando contratamos una conexión de fibra hasta el hogar, la señal óptica llega a nuestra vivienda y allí un equipo terminal convierte la información óptica en señales que pueden utilizar los dispositivos de la red local. En otras arquitecturas, la fibra llega hasta un punto más cercano al usuario y el tramo final puede utilizar otra tecnología. Por eso no todas las conexiones anunciadas comercialmente como «fibra» llevan necesariamente fibra óptica hasta el router o hasta cada habitación de la vivienda.
La fibra óptica también tiene aplicaciones que van mucho más allá de Internet. En medicina, permite fabricar endoscopios capaces de obtener imágenes de zonas que de otro modo serían difíciles de observar. En la industria, las fibras pueden utilizarse como sensores para medir temperatura, deformación, presión o vibraciones. También se emplean en sistemas de control, instrumentación, aeronaves, vehículos y numerosas aplicaciones donde la ligereza, la inmunidad a interferencias electromagnéticas o la posibilidad de transmitir información a grandes distancias son importantes.
Otra ventaja importante es la seguridad de la información. Como la señal luminosa está confinada dentro del núcleo de la fibra, interceptarla sin que exista ninguna alteración detectable puede ser técnicamente difícil. Sin embargo, no es imposible. Existen técnicas de monitorización, sensores y métodos especializados para detectar o intentar realizar una interceptación, y la seguridad de una comunicación depende también de las medidas criptográficas utilizadas.
A pesar de todas sus ventajas, las fibras de vidrio son delicadas y tienen límites de curvatura; doblarlas excesivamente puede aumentar las pérdidas o incluso provocar daños. Además, empalmar dos fibras exige una gran precisión, y las instalaciones requieren equipos especializados. Los sistemas de comunicación también necesitan fuentes ópticas, como láseres, y receptores capaces de convertir nuevamente la señal luminosa en información eléctrica.
La velocidad de propagación de la información es suficientemente elevada para que las comunicaciones internacionales puedan realizarse en fracciones de segundo, aunque la distancia continúa siendo un factor importante en la latencia. La fibra óptica también ha transformado actividades tan específicas como el comercio financiero de alta frecuencia. En este campo, donde las transacciones pueden depender de diferencias de tiempo extremadamente pequeñas, las empresas han invertido en enlaces de comunicación diseñados para reducir al máximo la latencia entre centros financieros. Incluso pequeñas diferencias en la longitud y el recorrido de una conexión pueden representar una ventaja.
Resulta sorprendente pensar que una parte fundamental de nuestra vida digital depende de algo tan sencillo en apariencia como un filamento de vidrio, por el cual viajan nuestras conversaciones, fotografías, películas, videollamadas, operaciones financieras, documentos, clases, noticias y enormes cantidades de información científica. En los fondos oceánicos, en los centros de datos, en los hospitales, en las fábricas y en nuestras propias casas, millones de kilómetros de fibra óptica nos mantienen conectados.
Referencias:
- Fibra óptica: Qué es, para qué sirve y sus ventajas| Movistar Perú
- Glass: The Carrier of Light ‐ A Brief History of Optical Fiber – Ballato – 2016 – International Journal of Applied Glass Science – Wiley Online Library
- Total internal reflection – Wikipedia
- Optical fiber – Wikipedia
- Fiber optics: what is it and where does it come from? – Telefónica
- Multi-mode optical fiber – Wikipedia
- Single-mode optical fiber – Wikipedia