per Laura Barrero Pastor
Segur que algun cop has vist algun anunci a la televisió o a les xarxes socials d’alguna companyia telefònica que intenta vendre els seus serveis de fibra òptica com si fos una novetat superrevolucionària. Realment, això està bastant lluny de la realitat, ja que es coneix l’existència de la fibra òptica des dels anys cinquanta, i avui en dia la majoria de la població (com a mínim al nostre país) ja tenim fibra òptica a casa. Avui entendrem com funciona aquesta tecnologia tan important en el nostre dia a dia.
Anem per parts: què és la llum?
Aquest és un dels temes que va generar més discussió entre la comunitat física del segle passat. És una ona, com el so o les onades del mar? O és una partícula, com els electrons dels àtoms? Potser cap de les dues? La resposta, com tot allò relacionat amb la quàntica, és antiintuïtiva, ja que a la llum es dona el fenomen de la dualitat ona-partícula; dit d’una altra forma, la llum és alhora una ona i una partícula, per molt estrany que pugui semblar.
Però nosaltres deixarem el meravellós món de la quàntica per una altra ocasió, i avui considerarem que la llum és simplement un raig, és a dir, una línia recta que ens indica la trajectòria de la llum.
Entre medi i medi
En primer lloc, cal entendre com actua la llum quan passa d’un material a un altre. Aquest fet depèn de dues coses molt importants: els índexs de refracció de cada medi i l’angle en què el raig de llum incideix a la frontera entre ells.
L’índex de refracció d’una substància ens diu la relació entre la velocitat de la llum al buit i la velocitat que té la llum quan travessa aquella substància. Com la velocitat de la llum al buit és màxima, l’índex sempre és igual o major a 1. Per exemple, la velocitat de la llum a l’aigua és un terç més petita que al buit; és per això que diem que l’índex de refracció de l’aigua és 1,33.Si la llum incideix amb un angle prou petit, es dona el fenomen de la refracció: el raig passa a l’altre medi, però la seva trajectòria es corba, seguint la llei de Snell:
![\[n_1 \sin (\theta_1) = n_2 \sin ( \theta_2 )\]](https://www.cienciaoberta.cat/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2cf696db0cff1f99338720de4c3e426d_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
En altres paraules, com més lenta viatgi la llum en aquell medi, més es corbarà el raig. Això dona lloc a il·lusions òptiques bastant interessants, com per exemple la que veiem a la Figura 2, on ens pot semblar que el llapis està trencat, però el que està passant realment és que els raigs de llum que venen de la part submergida en aigua han estat refractats! Per aquest motiu, els nostres ulls detecten l’objecte que hi ha dins l’aigua com si estigués en un lloc on realment no hi és i, per tant, veiem la meitat que està submergida aparentment separada de la meitat que està a l’exterior.
Atrapant la llum
Però si l’angle amb què la llum intenta passar d’un medi a un altre és prou gran, aquesta no arribarà a l’altre costat, sinó que es reflectirà tota, com si hi hagués un mirall. Aquest fenomen s’anomena reflexió interna total, i l’angle a partir del qual es dona s’anomena angle crític.
Això és el que volem que passi en la nostra fibra òptica; si la llum sempre incideix amb un angle superior a l’angle crític, cap raig passarà al medi de fora del cable, sinó que tots es reflectiran un altre cop cap a l’interior i la llum continuarà el seu camí. D’aquesta forma, tota la llum que surt de l’emissor que hi ha a un dels extrems es queda a dins i no es produeixen pèrdues.
Com s’aconsegueix això?
Tot i que l’estructura interna pot canviar segons els tipus de fibra òptica, un cable sempre té diverses capes: en primer lloc, a la part més interior podem trobar el nucli, el qual està fet de vidre de sílice ultra pur. Pot semblar que aquesta part sigui molt fràgil perquè està feta de vidre, però en realitat el nucli pot arribar a ser 3 vegades més resistent que l’acer, alhora que flexible! Aquestes qualitats són possibles gràcies al fet que el vidre que es fa servir és molt pur, a diferència del que s’utilitza per fabricar gots, finestres, etc.
A sobre del nucli, es posa una capa de revestiment que pot estar feta o bé d’un vidre ultra pur diferent o bé de plàstic. Sigui com sigui, la característica important d’aquesta capa és que té un índex de refracció menor que el nucli, facilitant que es doni el fenomen de la reflexió interna total.Després d’aquestes dues capes, a la part exterior trobem una coberta o recobriment, la qual simplement té la funció de protegir aquestes capes interiors de possibles incidents que hi pugui haver.
Ja per acabar…
La fibra òptica, com tot, té avantatges i desavantatges: d’una banda, permet transmetre informació a gran velocitat i amb molta seguretat, ja que els cables són molt resistents i, a més, asseguren la impossibilitat que una tercera persona intercepti la informació enviada sense ser detectada.
Però no tot és bufar i fer ampolles, perquè, d’altra banda, la instal·lació dels cables és un procediment complicat i que pot costar molts diners, i només es pot fer servir aquesta tecnologia als llocs a on arriben els cables. Per tant, encara haurem d’esperar uns anys per arribar a l’època en què la fibra òptica sigui totalment global.
Per saber-ne més
The Fiber Optic Association – The FOA Reference For Fiber Optics – Optical Fiber
Lesics – Optical fiber cables, how do they work? | ICT #3
Comisión Interamericana de Telecomunicaciones – Fibra Óptica
Sobre l’autora: Laura Barrero Pastor
Com de petita mai vaig superar la fase de preguntar el perquè de tot, estic estudiant Física a la Universitat Autònoma de Barcelona. El que més m’agrada d’aquesta ciència és que és capaç d’explicar com funciona tot, des de coses infinitament grans (com l’Univers) fins a coses molt molt MOLT (molt!) petites, com les partícules fonamentals. Espero algun dia poder ajudar a omplir els espais buits de coneixement que encara queden a la Física, alhora que transmeto la meva passió per la ciència a tothom que em vulgui sentir parlar.
Referències
Imatge de portada extreta de Pixabay.
molt interessant i molt ben explicat!
Molt interessant!!!