Las fibras ópticas son filamentos flexibles muy delgados hechos de materiales extremadamente transparentes, diseñados para que la luz que se introduce por un extremo se mantenga en su interior hasta su salida por el otro. Estas características básicas de las fibras ofrecen la posibilidad de transmitir señales luminosas entre sus extremos a distancias muy grandes, por lo que se ha difundido su uso en las telecomunicaciones, constituyéndose en una de sus principales aplicaciones.
Se puede decir que las fibras ópticas constituyen uno de los principales pilares de las redes de comunicación actuales, que soportan la internet, la difusión de múltiples sistemas de video y la telefonía, por mencionar algunas de las más importantes. Más del 95% de la información transmitida en el mundo transita por fibras ópticas.
Las fibras ópticas pueden ser de vidrio o de plástico, sin embargo, el requisito de transparencia de sus materiales constitutivos requiere que estos sean sintetizados como parte del proceso de producción de la fibra. Esta estrategia permite eliminar las impurezas causantes de la absorción óptica, a niveles de una parte en mil millones, con lo que se consiguen materiales capaces de transmitir la luz a un par de kilómetros en el caso de los plásticos o en el orden de la centena de kilómetros en el caso del vidrio.
La capacidad de la fibra de confinar la luz que transita por ella, se basa en su estructura, en la cual la región central, el núcleo de la fibra, es rodeada por otro material, su revestimiento, de tal manera que por una selección apropiada de sus características ópticas, mantiene a la luz introducida en el núcleo de la fibra reflejándose continuamente en la interfaz entre ambos medios, sin posibilidad de salir. Esta propiedad se mantiene con una relativa independencia de la forma que adopte la fibra, afectándose sólo cuando ésta es flexionada con un radio de curvatura menor a un valor característico del diseño de la estructura.
Las aplicaciones de las fibras ópticas no se limitan a la transmisión de señales en los sistemas de telecomunicación. Su capacidad para transportar la luz sin importar la forma que tenga que adoptar, la han tornado un elemento que puede sustentar diversos sistemas de iluminación no convencional, de imagenología médica o industrial, de monitoreo y sensado, y de señalización entre otros.
La afectación de sus características de transmisión por factores físicos, químicos o bioquímicos, también la hacen un medio eficaz y prometedor para el desarrollo de sensores de parámetros físicos como la temperatura, la deformación de un medio, el campo eléctrico en una región del espacio o de parámetros químicos como la concentración de una sustancia de interés, algunos de los cuales ya han sido estudiados y hasta comercializados.
La inclusión de sustancias fluorescentes en su estructura la hacen un medio particularmente eficaz para la obtención de láseres de alta potencia o de amplio espectro. Los láseres de fibra pueden tener una potencia tan alta que pueden ser capaces de cortar láminas de acero de varios milímetros de espesor. Una variante del uso de tales fibras fluorescentes es la obtención de amplificadores de señales ópticas, indispensables en la reconformación de las señales transmitidas a grandes distancias en los sistemas de telecomunicación.
La posibilidad de construir fibras ópticas con múltiples núcleos, con arreglos apropiadamente determinados, abre la posibilidad de obtener materiales con características de transmisión peculiares, que permiten la transmisión de algunas componentes del espectro luminoso (colores), mientras se bloquea el paso de otras. Esta posibilidad abre la puerta al desarrollo de dispositivos ópticos con capacidades de procesamiento de las señales transmitidas, lo que se conoce como la fotónica, paralelo de la electrónica, en el que las señales eléctricas son sustituidas por señales luminosas.
Las investigaciones realizadas en el Laboratorio de Fibras Ópticas del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, se ubican en el desarrollo de la tecnología de producción de fibras ópticas de plástico y en el estudio de sus aplicaciones en el desarrollo de sensores de concentración de sustancias químicas, en la obtención de fibras ópticas luminiscentes con potencialidad para la obtención de láseres de amplio espectro y en algunas áreas específicas de la imagenología.
Como parte del trabajo desarrollado, se han funcionalizado los materiales de las fibras consiguiendo que cambien sus características de transmisión al modificarse la humedad ambiental y se exploran las posibilidades de extender este tipo de estrategias para detectar materiales de interés biológico, y se han obtenido fibras ópticas fluorescentes en las que se incluyen compuestos orgánicos fluorescentes en el revestimiento, obteniendo una mayor estabilidad de la fluorescencia de los materiales que en el caso convencional en el que los compuestos fluorescentes se incluyen en el núcleo.
Referencias:
“High stability of polymer fiber with dye doped cladding for illumination systems”
L. Jaramillo, R. Narro, M.A. Ocampo, R. Quintero, J. Lumin., 184, 205-210 (2017).
“Polymer optical fiber with rhodamine doped cladding for fiber light systems”
R. Narro, R. Quintero, J.L. Domínguez, M.A. Ocampo, J. Lumin., 169, 295-300 (2016).
