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MANUAL PARA EL CURSO
REDES Y ENLACES DE
FIBRA ÓPTICA
Guía de Estudios Técnicos
RODOLFO VELOZ PÉREZ
1era Versión - 2019

Rodolfo Veloz Pérez
2
© Rodolfo Veloz Pérez, 2019.
ISBN: Basado en ISBN 978-956-398-485-9
Registro de la Cámara Chilena del Libro
Reservados todos los derechos. No se permite la reproducción total o
parcial de esta obra, ni su incorporación a un sistema informático, ni su
transmisión en cualquier forma o por cualquier medio (electrónico,
mecánico, fotocopia, grabación u otros) sin autorización previa y por escrito
del titular del copyright. La infracción de dichos derechos puede constituir
un delito contra la propiedad intelectual.
Título original: MANUAL PARA EL CURSO REDES Y ENLACES
DE FIBRA ÓPTICA. Guía de Estudios Técnicos
(Extracto parcial del Libro “Comunicaciones en Fibra Óptica” bajo autorización del autor)
Esta publicación está financiada por Brainamics
Tipografía utilizada: Helvética Neue

Manual para el Curso: Redes y Enlaces de Fibra Óptica
3
INDICE DE CONTENIDOS
Introducción .................................................................................................... 9
Acerca del Autor............................................................................................ 11
Renuncia de Responsabilidad....................................................................... 13
Historia de la Fibra Óptica............................................................................. 15
Las primeras teorías de la luz.................................................................... 17
Teoría Corpuscular de la Luz..................................................................... 20
Teoría Ondulatoria de la Luz...................................................................... 24
Modelo ondulatorio de Thomas Young ..................................................... 29
Ecuaciones de Maxwell y Ondas Electromagnéticas................................ 35
Efecto Fotoeléctrico, Mecánica Cuántica y la masa de la luz................... 39
Camino a la invención de la Fibra Óptica.................................................. 47
Confinamiento de la luz ............................................................................. 48
Transmisión guiada de la luz ..................................................................... 51
Invención de la Fibra Óptica...................................................................... 55
Desarrollo de la Fibra Óptica para Comunicaciones................................. 59
Primeras Instalaciones............................................................................... 62
Principios Básicos de la Luz ......................................................................... 65
Teoría Básica de las Ondas Electromagnéticas........................................ 65
Refracción y Ley de Snell .......................................................................... 71
Potencia y Pérdida Óptica ............................................................................ 83
Óptica y Construcción de la Fibra Óptica..................................................... 87
Modos ........................................................................................................... 90
Monomodo vs Multimodo.......................................................................... 95
Perfil de Índices en Fibra Óptica ............................................................. 101

4
Características de la Fibra Óptica ............................................................... 105
Dispersión de Rayleigh......................................................................... 110
Dispersión Modal.................................................................................. 112
Dispersión Material............................................................................... 113
Dispersión por guía de onda ................................................................ 115
Dispersión cromática............................................................................ 116
Dispersión por modo de polarización .................................................. 118
Combinación de diferentes tipos de filamentos ...................................... 120
Causas de la Atenuación en Fibra Óptica................................................ 127
Designación de las Fibras Ópticas en ISO/IEC11801.............................. 135
Designación de las Fibras Ópticas en TIA-568........................................ 139
Designación de las Fibras Ópticas en la UIT-T........................................ 145
Cables de Fibra Óptica................................................................................ 167
Resistencia a la tracción .......................................................................... 168
Resistencia al Aplastamiento y al Impacto .............................................. 169
Torsión de los cables ............................................................................... 169
Condiciones ambientales......................................................................... 170
Chaqueta del Cable ................................................................................. 174
Armadura.................................................................................................. 175
Gel Hidrófobo........................................................................................... 176
Tight Buffer............................................................................................... 177
Loose Tube .............................................................................................. 179
Tipos de Cables y Características ........................................................... 181
Estándar de Código de Colores TIA-598................................................. 195
Empalmes por Fusión en Fibra Óptica ........................................................ 202
Errores Comunes en Empalmes por Fusión ............................................ 214

5
Cortador de Precisión: Su influencia en la fusión.................................... 224
Tecnologías de Empalmes por Fusión .................................................... 226
Conectorización en Fibra Óptica................................................................. 230
Anatomía de un conector: Componentes básicos .................................. 231
Tipos de Conectores ............................................................................... 232
Rendimiento de Conectores según TIA 568 3-D y TIA 758..................... 239
Valores máximos de reflectancia y pérdida por inserción según UIT-T
G.671 ....................................................................................................... 240
Telcordia GR-326: Parámetros clave de para un contacto óptimo de fibra
................................................................................................................. 241
Tipos de Pulido........................................................................................ 245
Conectores Epóxico Pulido ..................................................................... 247
Conectores Prepulidos ............................................................................ 249
Código de colores para los conectores .................................................. 250
Inspección de conectores IEC 61300-3-35............................................. 251
Transmisión y Recepción en Fibra Óptica .................................................. 259
Conversor de Medios .............................................................................. 259
Transmisor............................................................................................... 263
Receptor .................................................................................................. 269
Instalación de Fibra Óptica ......................................................................... 273
Tipos de Instalación de cable de fibra óptica.......................................... 273
Topologías de fibra óptica....................................................................... 277
Cables reconocidos en Planta Interna por TIA-568.3-D.......................... 280
Inflamabilidad - Calificación de cables.................................................... 283
Tipos de Fibra y Clasificación.................................................................. 285

6
Uniones y Puesta a Tierra ........................................................................ 287
Recepción de cableado y equipo de fibra óptica en el sitio.................... 289
Manipulación de cables de fibra óptica................................................... 291
Seguridad................................................................................................. 293
Hardware Utilizado en la Instalación........................................................ 298
Montajes de conductos según NEC ........................................................ 304
Canalizaciones de Fibra Óptica ............................................................... 308
Limpieza................................................................................................... 310
Pautas de instalación............................................................................... 312
Tensión del Cable .................................................................................... 313
Radio de Curvatura .................................................................................. 316
Evitar el torcimiento del cable.................................................................. 317
Uso de amarras en los cables.................................................................. 318
Equipos de Prueba y Enlace en Fibra Óptica.............................................. 319
VISUAL FAULT LOCATOR....................................................................... 321
MICROSCOPIO........................................................................................ 323
LSPM........................................................................................................ 329
OLTS ........................................................................................................ 331
OTDR........................................................................................................ 347
Ventajas de los Sistemas de Fibra Óptica................................................... 358
Abundancia de Materia Prima.................................................................. 358
Inmunidad al Ruido .................................................................................. 359
Capacidad en Distancia........................................................................... 359
Ancho de Banda ...................................................................................... 360
Relación tamaño y peso........................................................................... 361

7
Confiabilidad y Seguridad de la Red ....................................................... 363
Escalabilidad Tecnológica....................................................................... 363
Desventajas de la fibra óptica ................................................................. 364

9
Introducción
¡Hola estimado alumno!
Si estás leyendo este Manual, es porque ya te has matriculado en nuestro
curso conducente a la Certificación de Fibra Óptica “CERTIFIED FIBER OPTIC
INSTALLER”, Certificado por Electronic Technician Association International
de Estados Unidos. Con nuestros colegas especialistas, con quienes llevamos
años impartiendo cursos de formación para Técnicos e Ingenieros que se
desempeñan en el campo de las Telecomunicaciones, hemos entendido el
como realizar de manera exitosa la formación que pueda encaminarte a una
Certificación Internacional que, de un impulso a tu carrera, y ya estás
matriculado en este modelo. Este, espero, sea el paso que esperabas, y que
no tan solo te ayude a obtener la distinción que quizás esperabas dada tu
experiencia en el campo, sino que además puedas actualizarte y aprender
algo más con nosotros.
La tecnología de fibra óptica es tremendamente interesante. Desarrollada en
los años 60 para las comunicaciones ópticas, recién en el cono sur se están
haciendo los despliegues de fibra óptica hasta la casa (FTTH/FTTB), donde la
penetración de internet de banda ancha por ejemplo en Chile, no supera el
10%, y hasta hace unos años, incluso no superaba el 5%. Según información
del FTTH Council de febrero de 2018, los países que están más avanzados,
como Emiratos Árabes Unidos, Qatar, Singapur, ya están superando el 90%.
Me ha tocado ver que la formación de los técnicos e Ingenieros aún está en
su etapa temprana, y eso representa una dificultad de crecimiento país,
porque no permite grandes despliegues de redes a la velocidad que la
tecnología lo necesita. Sin embargo, representa una tremenda oportunidad
para quienes ya están iniciando sus procesos de formación y actualización en
el mundo de la Fibra Óptica a través de la capacitación o certificación. Los
altos costos de los instrumentos, herramientas y la falta de especialistas hace
que incluso Institutos y Universidades no puedan tener las herramientas
suficientes para formar profesionales y técnicos, y nos deja al debe con la
tecnología y el conocimiento. La Subsecretaría de Telecomunicaciones lo

10
descubrió hace un tiempo cuando desplegó la promoción de su proyecto
“Fibra Óptica Austral” en Chile, y coincidió con lo que me ha tocado
experimentar en los años que llevo realizando formación a académicos de
Institutos y Universidades. Hoy, los primeros que lleguen bien formados,
actualizados, tendrán muy buenas oportunidades laborales al menos por los
próximos 20 años.
La presente guía que tienes en tus manos, ha sido desarrollada sobre la base
de mi Libro que fue desarrollado durante todo el año 2018, luego de la
experiencia de impartir cursos de formación en Fibra Óptica para más de 1200
alumnos, con el fin de entregar material de apoyo a los programas de
formación que he ido desarrollando durante mi carrera, los cuales se
encuentran sustentados por Certificaciones Internacionales de carácter
neutral. Así, el presente Manual es un extracto orientado a apoyar con la
lectura las presentaciones del curso, esperando ayudarte a encaminar tu ruta
hacia la certificación, y esperando por supuesto que quieras continuar con
nosotros, Brainamics Instituto de Tecnología Aplicada, estudiando las
Certificaciones Internacionales de Fibra Óptica que le darán un impulso a tu
carrera, certificaciones que antes eran impartidas en idioma inglés por
organizaciones profesionales de Estados Unidos, y hoy ya las tienes
disponibles en idioma español para el mercado latinoamericano de nuestra
mano, a tu alcance.
Espero que este Manual sea de apoyo en tu formación, y te sirva de consulta
a futuro. Y por supuesto, espero que puedas tener pronto mi libro
“Comunicaciones de Fibra Óptica – Guía de Estudios Técnicos” en tus manos.
Ing. Rodolfo Veloz.
Santiago de Chile, Mayo 2019.

11
Acerca del Autor
Rodolfo Veloz es Ingeniero Electrónico con mención en Telecomunicaciones,
Diplomado en Administración de Empresas y Magister en Administración de
Empresas. Está certificado como Instructor en Fibra Óptica y Tecnologías de
la Información por Electronic Technician Association International de Estados
Unidos, bajo la denominación de Certification Administrator, e Instructor de
Tecnologías de Fibra Óptica por The Fiber Optic Association de Estados
Unidos con la Certificación “Certified Fiber Optic Specialist - Instructor”
CFOS/I, contando además con las calificaciones de CFOT, CPCT y QUAL/H
(para el FTTH). Además, cuenta con las certificaciones CCTT con el nivel de
Instructor por Fluke Networks Academy y UCT - Ubiquiti Certified Trainer de
Ubiquiti Networks Academy. Recibió entrenamiento en fibra óptica en China,
en las ciudades de Beijing y Wuhan, en China, donde se encuentra el Optics
Valley.
Es actualmente CEO de Brainamics y Fundador del Instituto de Tecnología
Aplicada, y en su trayectoria profesional se ha desempeñado en el mercado
técnico y tecnológico como Product Manager, Jefe de Ventas, Gerente

12
Comercial y Gerente General, donde para mejorar el rendimiento tanto del
personal comercial, técnico, y las brechas tecnológicas de los productos y
sus principales usuarios e integradores, desarrolló programas de formación.
De esta forma, conformó junto a sus colaboradores un Centro de
Entrenamiento Tecnológico donde formó profesionales de Chile y países
como Perú, Bolivia, Colombia, Panamá y Venezuela. Rodolfo Veloz
estandarizó los programas a los niveles de los principales cursos de
certificación de habla inglesa, y así desarrolló todos los programas de
formación académica junto a sus contenidos teóricos y prácticos. Hoy, el
Instituto de Tecnología Aplicada cuenta con los estándares internacionales
habiéndose obtenido las acreditaciones de Instituciones internacionales y sus
respectivas certificaciones, lo que permite que sus alumnos obtengan
certificaciones neutrales - no vinculantes a marcas, sino con foco en la
tecnología y sus estándares - de validez internacional de alto prestigio. De
manera incansable, Rodolfo Veloz también formó parte como expositor del
primer Seminario de Fibra Óptica en Chile organizado por la Subsecretaría de
Telecomunicaciones del Gobierno de Chile, siendo invitado como parte del
panel de expertos donde se expuso la tecnología de fibra óptica a raíz del
proyecto de Fibra Óptica Austral.

13
Renuncia de Responsabilidad
La información presentada en este Manual está destinada a usarse como
pautas básicas para los cursos impartidos por nuestro Instituto, o para apoyar
clases o formación de quienes consideren nuestro material formativo
apropiado para ello, y de ninguna manera debe considerarse como
información completa o exhaustiva. Estas pautas básicas son estrictamente
opiniones y recopilaciones de material de estudio de consideración del autor
y se espera que el lector las utilice como una base para el aprendizaje, como
referencia, y que a partir de allí cree su propia documentación,
especificaciones para sus proyectos, pautas de instalación, entre otros. Se
debe recordar que el uso de fibra óptica en laboratorio o en campo requiere
medidas de seguridad, por lo que es estricta responsabilidad del profesor o
instructor a cargo establecer las normas de seguridad y exigir que se cumplan
cuidadosamente, así como de quien utilice el libro de forma autodidacta.
Brainamics y el autor no asumen ninguna responsabilidad por el uso
inapropiado de este material de estudio.

15
Historia de la Fibra Óptica
La fibra óptica es un filamento de vidrio que se construye a partir de una barra
llamada preformado, que se lleva a hornos de 2400ºC y que se va formando
por gravedad, y de manera controlada se logra su composición óptica
geométrica. Cada filamento de fibra óptica está compuesto por un núcleo, un
revestimiento, y un recubrimiento, uno adentro del otro. El núcleo y el
revestimiento son de silicio y de diferente índice de refracción, lo que permite
que la luz que se transmite, sea guiada por el núcleo a través de sucesivas
reflexiones totales internas. La fibra óptica en algunos casos puede ser de
RODOLFO VELOZ EN EL OPTICS VALLEY, CHINA, FRENTE AL EL HORNO DONDE EL
REFORMADO COMIENZA SU PROCESO DE TRANSFORMACIÓN AL FILAMENTO DE FIBRA
ÓPTICA

16
plástico. Estos filamentos, si bien son flexibles, son frágiles, y se pueden
cortar con solo doblarlos.
A través de la fibra óptica viajan todo tipo de datos en forma de luz a gran
velocidad, permitiéndole recorrer grandes distancias en instantes y con una
baja atenuación en comparación con el cobre. Para hacer más fácil la
instalación, se juntan varios filamentos en el interior de un cable con diferentes
estructuras, para hacerla más resistente y duradera, acorde al medio en el
cual se va a instalar. Así, por ejemplo, la estructura mecánica que resguarda
a los filamentos de fibra óptica es lo que se llama “cable de fibra óptica”. Estos
cables se instalan conformando redes que llegan hasta muchos puntos, desde
redes LAN, MAN, WAN, y han reemplazado con el tiempo a los principales
medios de comunicación existente, como los enlaces de cobre, microondas,
satelitales, entre otros.
LA FIBRA ÓPTICA UNA VEZ FINALIZADO SU PROCESO, QUEDA CON UN RECUBRIMIENTO
PRIMARIO DE 250 MICRÓMETROS PARA PODER SER BOBINADA Y DESTINADA A LOS
FABRICANTES DE CABLES

17
Las primeras teorías de la luz
Para entender la física moderna es necesario entender la luz. Recuerdo que
mi primer profesor de Física en la Universidad preguntó precisamente el
primer día de clases, si sabíamos algo de física, o si podíamos darle algunos
conceptos de física. Todos los conceptos que fuimos dando los fue anotando
uno a uno en la pizarra. En ese momento, cuando finalizó el bombardeo de
conceptos de todos los presentes en la sala, comenzó a interrelacionarlos, y
luego explicó que todos se resumían en un solo concepto físico: Luz.
La luz, es un fenómeno cuántico y es necesariamente relativista. Viaja a la en
el vacío a 3 x 108
[m/s], y clásicamente se describe por una onda dada sus
propiedades de propagación observadas por los diferentes científicos que
contribuyeron a su actual definición y conocimiento de su naturaleza, pero a
su vez, tiene propiedades similares a partículas dada sus características en el
mundo cuántico.
LA LUZ Y SU DESCOMPOSICIÓN EN DISTINTAS LONGITUDES DE ONDA A PARTIR DE LA LUZ
BLANCA.

18
Los antiguos griegos tuvieron concepciones de la luz muy interesantes, y
estos estaban relacionadas respecto de la observación, la visión. Empédocles
dijo que rayos de luz emanan de los ojos y devuelven información.
Empédocles, postuló que la visión se produce por el choque de los rayos de
luz que emiten nuestros ojos y los rayos de otra fuente de luz, como el sol, en
el objeto que observamos. Demócrito consideraba que la luz tenía una
naturaleza corpuscular, y que la visión estaba causada por la proyección de
las partículas que provienen de los objetos mismos y finalmente el alma
interpretaba lo que habían captado los ojos. Aristóteles planteó que la luz es
EL EXTRAÑO COMPORTAMIENTO CUÁNTICO DE LA LUZ, CAPTURADO EN UN LABORATORIO.
MUESTRA LA LUZ ATRAPADA DENTRO DE UN CABLE PLATEADO DE 40 NANÓMETROS DE
ANCHO.

19
la actividad de lo que es transparente, proponiendo que la luz es una forma,
no una sustancia o materia.
EMPEDOCLES

20
Teoría Corpuscular de la Luz
A fines de la década de 1600 dos extraordinarios científicos de la época
propusieron teorías aparentemente contrapuestas de lo que es la luz.
La luz está compuesta de
partículas. Esta teoría fue
publicada por Isaac Newton
en su obra llamada Opticks:
or, a treatise of the
reflexions, refractions,
inflexions and colours of
light (Óptica o tratado de las
reflexiones, refracciones,
inflexiones y colores de la luz).
Esta teoría lograba explicar
tanto la propagación rectilínea
de la luz como la reflexión de
la luz, aunque no explicaba
satisfactoriamente la
refracción.
En 1666, previamente a
enunciar su teoría, Newton
había realizado su
famoso experimento de
descomposición de la luz en
colores, lo cual se lograba al
hacer que un haz de luz
atravesara un prisma.
La conclusión a la que llegó
fue que la luz blanca está
compuesta por el conjunto de
los colores del arco iris, lo que en su modelo explicaba diciendo que los
corpúsculos de la luz eran diferentes en función de su color.
ÓPTICA O TRATADO DE LAS REFLEXIONES,
REFRACCIONES, INFLEXIONES Y COLORES DE LA LUZ,
EL TRATADO DE ISAAC NEWTON.

21
Reflexión
La reflexión es el fenómeno
óptico por el cual cuando una
onda (por ejemplo, la luz)
incide oblicuamente sobre la
superficie de separación entre
dos medios, experimenta un
cambio de dirección y es
devuelta al primero junto con
una parte de la energía del
movimiento.
De esta manera, los
corpúsculos chocarían de
forma elástica con la
superficie de separación de
los dos medios, y dado que la
diferencia de masas era muy
grande, los corpúsculos
rebotarían. Así, la componente
horizontal de la cantidad de
movimiento px se mantendría
constante, mientras que la
componente normal py
invertiría su sentido.
Se cumplían así las leyes de la
reflexión, siendo el ángulo de incidencia y el de reflexión iguales.
NEWTON Y SUS EXPERIMENTOS CON LA LUZ

22
Refracción
La refracción es el fenómeno que se produce cuando una onda (por ejemplo,
la luz) incide oblicuamente sobre el espacio de separación entre dos medios,
con distinto índice de refracción. Cuando esto ocurre, la onda penetra y se
transmite por el segundo de medio junto con una parte de la energía del
movimiento. La refracción tiene lugar debido a la distinta velocidad a la que
se propaga la onda en los dos medios.
Para explicar la refracción, Isaac Newton propuso que las partículas
luminosas incrementan su velocidad al pasar de un medio menos denso a otro
más denso.
De este modo, en el marco de su teoría corpuscular justificó la refracción
suponiendo una atracción más intensa de las partículas luminosas por parte
del medio con más densidad.
Sin embargo, se debe considerar que, según su teoría, en el instante en el que
una partícula luminosa procedente del aire incide sobre el agua o un vidrio,
esta debería sufrir una fuerza opuesta al componente de su velocidad
perpendicular a la superficie, lo cual conllevaría una desviación de la luz
contraria a la realmente observada.
Sin embargo, existían debilidades o fallas en la teoría corpuscular de la luz.
Se planteó que la luz viaja más rápido en los medios más densos que en los
medios menos densos, lo cual se terminó comprobando que no es así.
También, la idea de que los diferentes colores de la luz tienen relación con el
tamaño de los corpúsculos no tiene ninguna justificación. Además, Newton
pensaba que la reflexión de la luz se debía a la repulsión entre los corpúsculos
y la superficie en la que se refleja; mientras que la refracción está causada por
la atracción entre los corpúsculos y la superficie que los refracta. Sin embargo,
esta afirmación se comprobó incorrecta, ya que por ejemplo, los cristales
reflejan y refractan la luz al mismo tiempo, lo cual según la teoría corpuscular
de la luz implicaría que existiera atracción y repulsión de la luz al mismo
tiempo. Por otra parte, la teoría corpuscular no puede explicar los fenómenos

23
de difracción, interferencia y polarización de la luz. Así, se define la Teoría de
Newton como una teoría de la luz incompleta, pero que significo un importante
paso en el entendimiento de la verdadera naturaleza de la luz. No obstante, el
ser incompleta o errónea en ciertos puntos bajo ninguna circunstancia le resta
valor y por lo tanto la mencionamos como uno de los pilares fundamentales
sobre los que se fue construyendo el conocimiento futuro sobre la luz.
LA ÓPTICA DE NEWTON. ILUSTRACIONES EN COLOR DEL FÍSICO INGLES ISAAC NEWTON
REALIZANDO SU FAMOSO EXPERIMENTO SOBRE LA LUZ.

24
Teoría Ondulatoria de la Luz
La luz es un fenómeno de onda. Esta opinión fue presentada por primera
vez por Christiaan Huygens aproximadamente al mismo tiempo que Newton.
Algunos aspectos de la luz fueron explicados por esta teoría, aunque faltaba
una teoría matemática
rigurosa.
Christiaan Huygens fue
astrónomo, físico,
matemático y científico. En
1660, demostró que las leyes
de la óptica podían
explicarse basándose en la
suposición de que la luz tenia
naturaleza ondulatoria. En
1678, Christian Huygens
formuló su teoría ondulatoria
de la luz, que
posteriormente, en 1690,
publicaría en su obra
"Treatise on light” o “Traite
de la Lumiere”.
Postuló, que la luz se
propagaba en un material de
gran elasticidad, impalpable
que todo lo invade, y le llamó
éter, que según se creía
difundía y producía la
sensación de luz al colisionar
con el ojo.
Propuso entonces, que la luz era emitida en todas las direcciones como un
conjunto de ondas que se desplazaban por el éter. Dado que las ondas no se
“TRATADO DE LA LUZ” DE CHRISTIAAN HUYGENS

25
ven afectadas por la gravedad,
asumió la velocidad de las
ondas se reducía cuando
entraban en un medio más
denso.
Su modelo resultó
particularmente útil para
explicar la ley de Snell-
Descartes sobre la reflexión y la
refracción. También explicaba
satisfactoriamente el fenómeno
de la difracción, fenómenos que
no eran explicados por la teoría
de Newton.
Reflexión
La reflexión es un fenómeno
óptico que tiene lugar cuando
una onda incide de forma
oblicua sobre una superficie de
separación entre dos medios y
sufre un cambio de dirección,
siendo devuelta al primer medio
junto con parte de la energía del
movimiento.
El principio de Huygens permite demostrar las leyes de la reflexión. Se
comprueba que cuando una onda alcanza la separación de los medios, cada
punto se convierte en un nuevo foco emisor emitiendo ondas secundarias. El
frente de ondas reflejado es la envolvente de las ondas secundarias. El ángulo
de este frente secundario de ondas reflejado es exactamente el mismo que el
ángulo incidente.
CHRISTIAAN HUYGENS POR CASPAR NETSCHER,
PINTOR BARROCO HOLANDES, ESPECIALIZADO
EN PINTURA DE GABINETE Y RETRATOS (1671).

26
Refracción
Sin embargo, la refracción es el fenómeno que tiene lugar cuando una onda
incide oblicuamente sobre un espacio de separación entre dos medios, que
tienen índice de refracción diferente. Cuando esto sucede, la onda penetra y
se transmite por el segundo de medio junto con parte de la energía del
movimiento. La refracción sucede como consecuencia de la diferente
velocidad con la que se propagan las ondas en los distintos medios. Un
ejemplo típico del fenómeno de refracción se puede observar cuando se
introduce parcialmente un objeto en un vaso con agua.
El principio de Huygens proporcionó una explicación convincente sobre la
refracción. Los puntos en el frente de onda situados en el límite entre los dos
medios actúan como nuevas fuentes de propagación de la luz y de este modo
la dirección de propagación cambie.
Difracción
La difracción es un fenómeno físico característico de las ondas que consiste
en la desviación de las ondas cuando encuentran un obstáculo en su camino
DIFRACCIÓN DE LA LUZ

27
o atraviesan una rendija. La difracción se produce únicamente cuando la onda
se distorsiona por causa de un obstáculo cuyas dimensiones son
comparables a su longitud de onda.
La teoría de Huygens explica que cuando la luz incide sobre una rendija todos
los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas
emitiendo, como ya ha explicado anteriormente, nuevas ondas que en este
caso reciben el nombre de ondas difractadas.
El principio de Huygens dejaba una serie de preguntas sin respuesta. Su
afirmación de que cada punto de un frente de onda era a su vez una fuente
de una nueva onda, no permitía explicar por qué la luz se propaga tanto hacia
atrás como hacia adelante. Igualmente, la explicación del concepto de éter no
resultaba enteramente satisfactoria.
Pese a ser capaz de responder más interrogantes de la luz que la teoría
corpuscular de Newton, la teoría ondulatoria de Huygens no fue aceptada por
los científicos de su época, salvo contadas excepciones.
El enorme prestigio de Newton y el gran éxito que alcanzó su mecánica
junto con los problemas para entender el concepto del éter, hicieron que la
mayoría de los científicos contemporáneos a ambos se decantaran por la
teoría corpuscular del físico inglés.
En el período comprendido entre 1700 y aproximadamente 1860, hubo un
debate sobre cuál era la opinión correcta. Muchos experimentos fueron
realizados para tratar de resolver la disputa. Sin embargo, la mayoría de estos
podrían explicarse por cualquiera de las vistas (aunque a veces con algunas
consecuencias bastante extrañas).

29
Modelo ondulatorio de Thomas Young
No fue hasta el siglo XIX cuando se recuperó el modelo ondulatorio. Fue
fundamentalmente gracias al aporte de Thomas Young quien logró explicar
todos los fenómenos de la luz partiendo de la base de que la luz es una onda
longitudinal.
En 1801 realizó su famoso experimento de la doble rendija. Con este
experimento Young comprobó un patrón de interferencias en la luz
procedente de una fuente luminosa lejana cuando se difracta tras atravesar
dos rendijas.
Del mismo modo, Young también explicó mediante el modelo ondulatorio la
dispersión de luz blanca en los diferentes colores del arco iris. Demostró que
en cada medio cada uno de colores que componen la luz posee una
frecuencia y una longitud de onda características.
THIOMAS YOUNG

30
De esta forma, gracias a este experimento demostró la naturaleza ondulatoria
de la luz.
En este experimento se deja pasar la luz por dos ranuras muy próximas entre
sí. El patrón resultante de alternar bandas claras y oscuras resulta de la
interferencia. Este experimento es extremadamente difícil (si no imposible) de
explicar con una vista de partículas de la luz. Sin embargo, Young no era un
científico influyente y, por lo tanto, su experimento no tuvo el impacto
inmediato que debería tener.
Curiosamente, con el tiempo este experimento se demostró clave para
demostrar la dualidad onda corpúsculo de la luz, una característica
fundamental de la mecánica cuántica. Este experimento ahora se realiza
fácilmente con un puntero láser y cortes apropiados. Este fue el experimento
clave para comprender la dualidad de la luz en mecánica cuántica.
EXPERIMENTO DE LA RENDIJA, QUE FUE UTILIZADO POR THOMAS YOUNG PARA
DEMOSTRAR QUE LA LUZ ES UNA ONDA. HOY, EXPLICA LOS FENÓMENOS DE LA DUALIDAD
DE LA LUZ EN MECÁNICA CUÁNTICA.

31
En 1818 se hace el experimento
del punto de Poisson. La
Academia Francesa decidió
acoger un desafío, ya que los
miembros de la Academia, al
igual que los científicos de todo
el mundo, notaron en aquel
entonces que la luz cuando
viajaba de un medio a otro, se
curva en medios cristalinos
cambiando su dirección. Era
factible medir la curvatura de la
luz, pero era un misterio que
provocaba la curvatura, lo que
lógicamente estaba asociado a
su naturaleza, partículas u
ondas.
Augustin Fresnel, había estudiado los efectos de la luz, y planteó que la luz
emitía ondas perpendiculares a la dirección en la que viajaba. Su idea causó
un gran revuelo. Siméon Poisson, creía que la luz viajaba como una serie de
partículas, todas con complicadas interacciones entre sí. Poisson, Fresnel y
otros científicos se reunieron y tuvieron una entusiasta serie de debates
relacionados con la naturaleza de la luz y los efectos observables en su viaje
a través de varios medios.
Poisson quiso acabar definitivamente con la teoría de Fresnel. Razonó que si
la luz era realmente una onda, entonces cuando esta chocara contra una
esfera perfecta, las ondas de luz se curvarían a los lados del objetos. La
simetría perfecta de una esfera implicaría que todas las ondas de luz se
encontrarían en el centro exacto de la sombra que se forma detrás de ella. Allí,
la gente sería capaz de ver un punto brillante de luz. Claramente, esto era
absurdo en la teoría corpuscular. Francoise Arago, uno de los jueces de la
Academia Francesa se dio cuenta de que Poisson había descrito el
experimento perfecto para comprobar la teoría. Encontró un objeto redondo,
también la luz que permitiría hacer el experimento, y muy pronto, encontró el
EL PUNTO DE POISSON

32
punto, que fue justo donde Siméon Poisson dijo que sería. Aunque Francoise
Arago realizó la prueba, el pequeño punto de luz en el centro de la sombra se
llama “Punto de Poisson”
En 1849 se hacen mediciones
de la velocidad de la luz. La
primera medición terrestre fue
realizada por H. Fizeau. Fizeau
calculó que la velocidad de la luz
era de 313,300 [km/s], que
estaba dentro del 5% del valor
correcto. Fizeau publicó los
primeros resultados obtenidos
por su método para determinar
la velocidad de la luz en 1849.
Fizeau hizo la primera
sugerencia en 1864 de que la
"velocidad de una onda de luz
se usara como estándar de
longitud”, lo que hoy es una
realidad para el metro.
Previamente en el año 1676
fueron examinadas las órbita de
las lunas de Júpiter para el
cálculo de la velocidad de la luz
por O. Romer. En 1850, se hace
la medición de la velocidad de la
luz en el agua en comparación
con el aire. Como datos a considerar:
• La teoría de las ondas predice un viaje más lento a través del agua
• La teoría de las partículas predice un viaje más rápido
HYPPOLYTE FIZEAU, EL PRIMERO EN MEDIR LA
VELOCIDAD DE LA LUZ.

33
El resultado demostró que la luz viajaba más lento en el agua, de alguna forma
confirmando la teoría ondulatoria de la luz.
EXPERIMENTO DE FIZEAU PARA ESTUDIAR LA VELOCIDAD DE LA LUZ. DE ACUERDO CON
LAS TEORÍAS QUE PREVALECÍAN EN ESE MOMENTO, LA LUZ QUE VIAJABA A TRAVES DE
UN MEDIO MÓVIL SERÍA ARRASTRADA POR EL MEDIO, DE MODO QUE LA VELOCIDAD
MEDIDA DE LA LUZ SERÍA UNA SUMA SIMPLE DE SU VELOCIDAD A TRAVES DEL MEDIO
MÁS LA VELOCIDAD DEL MEDIO.

35
Ecuaciones de Maxwell y Ondas
Electromagnéticas
A mediados del siglo XIX, Michael Faraday realizó muchos experimentos
innovadores en el área de la electricidad y el magnetismo.
Faraday creía que había una conexión íntima entre la electricidad y el
magnetismo y sus experimentos lo corroboraban. También creía que la luz
estaba relacionada. Su experimento que muestra que la polarización de la luz
que pasa a través del cuarzo era cambiada por la presencia de un campo
magnético fuerte, hoy llamado rotación de Faraday, lo convenció de que
estaba en el camino correcto. Sin embargo, Faraday no era un teórico
experimentado y podía desarrollar una teoría para promover su convicción.
En la década de 1860, otro
científico británico, James Clerk
Maxwell, tomó la causa de
Faraday.
Maxwell fue un experimentado
teórico, reconocido como uno de
los mejores físicos de la historia, y
desarrolló la teoría matemática en
uno de los pilares de la física
moderna. La teoría de Maxwell
sobre el electromagnetismo fue
rápidamente considerada como
un gran avance en el
conocimiento humano.
En su teoría, unificó formalmente
los fenómenos eléctricos y
magnéticos y en el proceso
propuso un nuevo fenómeno, las
ondas electromagnéticas. Las
matemáticas estipularon que estas ondas viajan a una velocidad de
JAMES CLERK MAXWELL

36
aproximadamente 3x108
[m/s], muy cercana al valor de la velocidad de
propagación de la luz en el vacío. Supuso que esta nueva entidad era en
realidad luz. Su idea fue verificada experimentalmente unos 20 años después.
La teoría de Maxwell unificó no solo los fenómenos eléctricos y magnéticos,
sino también la óptica. Más tarde se entendió que otros fenómenos, ondas de
radio, rayos X, rayos gamma, microondas, radiación infrarroja y ultravioleta
eran ondas electromagnéticas.
El trabajo de Maxwell fue
inmediatamente aclamado
como un éxito y ha resistido la
prueba del tiempo al no ser
modificado en los 150 años de
su existencia. En su teoría, los
elementos en ciernes de la
relatividad especial fueron
incorporados, es decir, la teoría
de Maxwell es una teoría
relativista especial de la
radiación electromagnética.
Aunque la teoría cuántica
posterior cambiaría la vista de la
luz, las ecuaciones de Maxwell
siguen siendo válidas dentro de
ella.
Ahora es el momento de discutir de la manera más simple posible lo que dice
la teoría de Maxwell.

37
Comprendiendo las Ecuaciones de Maxwell
Las relaciones centrales en la teoría electromagnética de Maxwell son sus
cuatro ecuaciones de Maxwell. No explicaremos su forma matemática, sino
que simplemente describiremos con palabras lo que significan. Estas
ecuaciones eran en su mayoría conocidas antes de Maxwell, pero él las
combinó en una sola teoría.
Ley de Gauss. Esta fórmula esencialmente le dice cómo encontrar el campo
eléctrico en una región donde hay una carga eléctrica neta, “Las cargas
eléctricas producen campos eléctricos”.
No hay monopolos magnéticos. Esto es idéntico al anterior, pero con campos
magnéticos y la relación es igual a cero, “No hay fuentes puntuales de campos
magnéticos, es decir, no hay cargas magnéticas”.
Ley de Faraday. El trabajo anterior de Faraday había encontrado que un
campo magnético que cambia el tiempo puede crear un campo eléctrico.
Esto significa que la inducción electromagnética, no necesariamente necesita
cargas eléctricas puntuales para crear un campo eléctrico.
Ley de Ampere. Hay dos partes en esta ecuación. La primera parte es un
análogo de la ley de Gauss y establece que un campo magnético es creado
por corrientes eléctricas, vale decir, cargas eléctricas en movimiento. Lo que
Maxwell agregó, basado en la simetría, es otro término que establece que un
campo eléctrico cambiante puede crear un campo magnético, al igual que
la ley de Faraday.
El descubrimiento importante que hizo Maxwell involucró la combinación de
las dos últimas ecuaciones cuando no hay cargas eléctricas o corrientes
presentes, vale decir, no estamos en presencia de una fuente. Vio que había
un posible fenómeno de autosuficiencia que se deriva de un proceso básico
y perpétuo: Cambio del campo eléctrico implica un Cambio del campo
magnético.

38
Además, la relación matemática que surge de la combinación de las leyes
de Faraday y Ampere toma la forma de un fenómeno de onda.
Maxwell reconoció esto y llamó a
esta entidad “onda
electromagnética”. A partir de la
ecuación de onda matemática,
pudo determinar qué tan rápido
viajaría tal onda. Resultó estar
muy cerca de la velocidad de la
luz.
Aunque su descubrimiento no
tuvo una verificación experimental
inmediata, la belleza de la idea
condujo a su rápida aceptación
por parte de la comunidad
científica. Tomó otros veinte años
para la confirmación
experimental de Heinrich Hertz.
HEINRICH HERTZ, QUIEN CONFIRMA
EXPERIMENTALMENTE LA EXISTENCIA DE LAS
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS PREDICHAS
POR MAXWELL.

39
Efecto Fotoeléctrico, Mecánica Cuántica y la
masa de la luz
A fines de la década de 1800, Thomas Alba Edison anotó en su cuaderno de
laboratorio que un tipo particular de metal cuando se expone a luz ultravioleta
emite electrones. En 1902, este efecto se examinó cuidadosamente y se
observó que la teoría de Maxwell no podía explicar algunas de sus
características clave.
Una de las características, es que, si se emiten electrones, lo harán
inmediatamente después de que se encienda la luz. La energía de los
electrones que emanan es directamente proporcional a la longitud de onda de
la luz. El problema es que, si se usa una fuente de luz débil, la onda de luz se
EFECTO FOTOELECTRICO. (UNIVERSIDAD TECNICA DE VIENA)

40
propaga en todas direcciones, es decir, la energía de la luz se distribuye sobre
una esfera grande en constante crecimiento. Si la placa de metal es bastante
pequeña, la cantidad de luz que llega será una porción muy pequeña de toda
la onda esférica. Por lo tanto, poca energía será entregada a la placa. Sin
embargo, se puede observar en ocasiones que casi inmediatamente después
de encender la luz se emite un electrón. La teoría de Maxwell no puede
entregar una cantidad suficiente de energía a la placa para patear al electrón
en este caso.
Otra de las características, es que si se usa una luz de longitud de onda larga,
no se emiten electrones sin importar cuán intensa sea la fuente. En la teoría
de Maxwell, la potencia emitida por la onda de luz es proporcional a la
amplitud o intensidad de la onda. Por lo tanto, para entregar energía suficiente
al electrón, todo lo que uno haría es aumentar la intensidad. Sin embargo, el
experimento revela que la intensidad no tiene en cuenta el problema, sino que
es la longitud de onda o frecuencia lo que importa. Sin embargo, una fuente
de rayos X muy débil, con baja amplitud, expulsará electrones. La teoría de
Maxwell no puede explicar estos resultados.
LA FRECUENCIA DE LA LUZ ROJA (IZQUIERDA) ES MENOR QUE LA FRECUENCIA DE UMBRAL
DE ESTE METAL, POR LO QUE NO SE EXPULSAN ELECTRONES. LA LUZ VERDE (CENTRO) Y LA
LUZ AZUL (DERECHA) TIENEN FRECUENCIA MAYOR, POR LO QUE AMBOS PROVOCAN LA
FOTOEMISIÓN. LA LUZ AZUL DE MAYOR ENERGÍA EXPULSA ELECTRONES CON MAYOR
ENERGÍA CINETICA EN COMPARACIÓN CON LA LUZ VERDE.

41
Einstein y el Efecto Fotoeléctrico
En 1905, Einstein propuso que,
para explicar los resultados del
efecto fotoeléctrico, se debe
pensar que la luz está compuesta
de partículas.
Sobre la base de la teoría de la
radiación de cuerpos negros de
Max Planck, Einstein propuso que
la energía de radiación no se
distribuye de forma continua
sobre el frente de onda, sino que
se localiza en pequeños haces,
que más tarde serían llamados
fotones. La energía del fotón
estaría asociada con su
frecuencia, a través de una
constante de proporcionalidad
conocida como constante de
Planck, o alternativamente,
utilizando la longitud de onda y la velocidad de la luz.
ALBERT EINSTEIN

42
Aparece, en la definición de la partícula, el concepto del “Fotón”. Con esta
propuesta de Einstein, se pueden explicar todas las propiedades del efecto
fotoeléctrico. Por este resultado, Einstein ganó el Premio Nobel en 1922.
Einstein, vuelve a los inicios propuestos por la teoría corpuscular de la luz de
Newton, que lo experimenta desde su visión de mecánica clásica, pero lo
vuelve basado en la Mecánica cuántica. ¿Cómo puede ser esto?
Un experimento en 1909 por G.I. Taylor hizo evidente esta extraña naturaleza.
Esencialmente realizó un experimento de doble rendija, pero envió solo un
fotón a la vez. ¿Qué es lo que vio? El patrón de interferencia familiar, los
resultados de interferencia discutidos anteriormente y que fueron explicados
por Thomas Young. El experimento de la doble rendija, no se puede explicar
mediante una vista de partículas de la luz, sino que necesitamos poder
abarcar ambas vistas para explicar este experimento, una vista de onda para
EINSTEIN RECIBE EL PREMIO NOBEL POR SU DESCUBRIMIENTO EN EL EFECTO
FOTOELECTRICO.

43
obtener el patrón de interferencia y también una vista de partículas para
explicar la apariencia de los electrones.
RESULTADO DEL EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA: MÚLTIPLES PATRONES DE ONDA

44
Mecánica Cuántica como respuesta a la dualidad de la luz
Muchas partículas pueden exhibir comportamientos típicos de ondas en
algunos experimentos mientras aparecen como partículas compactas y
localizadas en otros experimentos. Este comportamiento dual, es típico de la
observación en la mecánica
cuántica, donde algunas
partículas pueden presentar
interacciones muy localizadas y
como ondas exhiben el
fenómeno de la interferencia.
De acuerdo con la física clásica
existen diferencias claras entre
onda y partícula. Una partícula
tiene una posición definida en el
espacio y tiene masa mientras
que una onda se extiende en el
espacio caracterizándose por
tener una velocidad definida y
masa nula. Esto, provocó
durante todos los años de
estudio de la luz, la
imposibilidad de definir su real
naturaleza.
El concepto de dualidad onda-
partícula fue introducido por Louis de Broglie, en 1924 en su tesis doctoral,
donde presentaba por primera vez la dualidad onda corpúsculo característica
de la mecánica cuántica. Su trabajo se basaba en los trabajos de Einstein y
Planck, y propuso la existencia de ondas de materia, es decir, que toda
materia tenía una onda asociada a ella. Esta idea revolucionaria, fundada en
la analogía con que la radiación tenía una partícula asociada, Einstein
reconoció su importancia y cinco años después, en 1929, De Broglie recibió
el Nobel en Física por su trabajo.
LOUIS DE BROGLIE

45
Entonces, la luz puede explicarse por su doble naturaleza:
• Corpuscular, en su interacción con la materia, donde apreciaremos
fenómenos de absorción o de esparcimiento, típicos fenómenos presentes
en la comunicación por fibra óptica.
• Ondulatoria, en su propagación electromagnética. Aquí, fenómenos
asociados, por ejemplo, a dispersiones por guía de ondas, o por modo de
polarización están vinculadas a este fenómeno.
Según el célebre físico Stephen Hawking, se considera que la
dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica
cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales
entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse
como ondas y viceversa”.

47
Camino a la invención de la Fibra Óptica
Las primeras técnicas de comunicación a larga distancia, como las "señales
de humo", desarrolladas por nativos norteamericanos eran de hecho, enlaces
de comunicación óptica.
Una versión a gran escala de esta técnica de comunicación óptica fue el
"telégrafo óptico" desplegado en Francia y en otros lugares a fines del siglo
XVIII. El "telégrafo óptico" era una serie de altas torres que transmitían
mensajes a una velocidad de unas pocas palabras por minuto por medio de
grandes semáforos que podían manipularse para deletrear palabras.
Sin embargo, el desarrollo de la comunicación por fibra óptica esperaba el
descubrimiento de la Reflexión total interna o “TIR” (Total Internal Reflection)
y una serie de innovaciones electrónicas y ópticas adicionales.
EL TELÉGRAFO ÓPTICO UN ALFABETO SENCILLO (ARRIBA, CENTRO), LA IDEA ERA QUE CADA
20-25 KM HUBIESE UN “REPETIDOR” ÓPTICO PARA TRANSMITIR EL MENSAJE. PESE A SU
BURDO MECANISMO –FUE CRITICADO POR DIBUJANTES COMO RODOLPHE TÖPFFER (1831,
ARRIBA A LA DERECHA)– SE INSTALÓ DURANTE DECADAS, Y FUNCIONABA

48
Confinamiento de la luz
En en 1841, Jean-Daniel
Colladon, un profesor suizo
de 38 años en la Universidad
de Ginebra, demostró por
primera la reflexión total
interna. Quería mostrar el
flujo de fluido a través de
varios orificios de un tanque
y la ruptura de los chorros de
agua. . Sin embargo, en la
sala de conferencias el
público no podía ver el agua
que fluía. Resolvió el
problema al recolectar y
pasar la luz del sol a través
de un tubo a la mesa de
conferencias. La luz se
enfocó a través del tanque
de agua y se hizo que
incidiera en el borde del
chorro en un ángulo de
mirada. El TIR atrapó la luz
en el líquido y la obligó a
seguir la trayectoria curva
hasta que se rompió el chorro de agua. En lugar de viajar en línea recta, la luz
siguió la curvatura del flujo de agua.
Colladon demostró una guía de luz en chorros de agua a través de una serie
de actuaciones públicas en la inteligencia urbana de París. Auguste de la Rive,
otro físico de Ginebra, duplicó el experimento de Colladon utilizando luz de
arco eléctrico. Colladon diseñó un dispositivo espectacular con luz de arco
para el Conservatorio de Artes y Ciencias de París en 1841, octubre.
JEAN-DANIEL COLLADON

49
Colladon envió un documento a su amigo Francois Arago, quién dirigió la
Academia Francesa. Arago recordó que Jacques Babinet, un especialista
francés en Óptica había hecho demostraciones similares en París. Enfocó la
luz de las velas en el fondo de una botella de vidrio mientras vertía un chorro
fino de agua desde la parte superior, guiando la luz a lo largo del chorro. Arago
le pidió a Babinet que escribiera su trabajo, pero Babinet no creía que el
trabajo fuera muy importante. Sin embargo, hizo un comentario de que "la
idea también funciona muy bien con un vástago de vidrio curvado de cualquier
manera y había indicado que podría usarse para iluminar el interior de la boca.
EXPERIMENTO DE COLLADON

50
JACQUES BABINET

51
Transmisión guiada de la luz
En 1870, John Tyndall, utilizando
un chorro de agua que fluía de un
recipiente a otro y un rayo de luz,
demostró que la luz usaba la
reflexión interna para seguir un
camino específico. A medida que
el agua se derramaba a través del
pico del primer recipiente, Tyndall
dirigió un rayo de luz solar a la
trayectoria del agua. La luz, tal
como la vio la audiencia, siguió un
camino en zigzag dentro del
camino curvo del agua. Este
sencillo experimento, marcó la
primera investigación sobre la
transmisión guiada de la luz.
Luz de tuberías
William Wheeling, en 1880, patentó un método de transferencia de luz llamado
"luz de tuberías". Wheeling creía que al usar tubos revestidos con un
revestimiento altamente reflectante que se ramificaban desde una única
fuente de iluminación, que en este caso era un arco eléctrico, podía enviar la
luz a muchas habitaciones diferentes en de la misma manera que el agua, a
través de tuberías, se transporta a través de los edificios de hoy. Debido a la
ineficacia de la idea de Wheeling y a la introducción concurrente de la exitosa
ampolleta incandescente de Edison, el concepto de luz de tuberías nunca tuvo
éxito.
JOHN TYNDALL

52
Fotófono
En 1880, Alexander Graham Bell inventó su “Fotófono” que transmitía una
señal de voz en un haz de luz. El experimento consistió en enfocar la luz del
sol con un espejo y luego hablar sobre un mecanismo que hacía vibrar el
espejo. En el extremo receptor, un detector captó el haz vibrante y lo
decodificó en una voz de la misma manera que un teléfono hizo con las
señales eléctricas. Sin embargo, muchas cosas, un día nublado, por ejemplo,
podrían interferir con el fotófono, haciendo que Bell deje de investigar más
con esta invención. Es quizás, la idea precursora del Li-Fi.
En 1888, el equipo médico de Roth y Reuss de Viena usó varillas de vidrio
dobladas para iluminar las cavidades del cuerpo. En 1895, el ingeniero francés
Henry Saint-Rene diseñó un sistema de varillas de vidrio dobladas para guiar
las imágenes de luz en un intento de transmisión de televisión. En 1898, el
estadounidense David Smith solicitó una patente sobre un dispositivo de
varilla de vidrio doblado para usar como lámpara quirúrgica. En la década de
EL FOTÓFONO DE GRAHAM BELL

53
1920 el inglés John Logie Baird y el estadounidense Clarence W. Hansell
patentaron la idea de utilizar matrices de barras transparentes para transmitir
imágenes para televisión y fax, respectivamente. En 1930, Heinrich Lamm fue
la primera persona en ensamblar un paquete de fibras ópticas para llevar una
imagen. El objetivo de Lamm era mirar dentro de las partes inaccesibles del
cuerpo. Durante sus experimentos, informó que transmitía la imagen de una
bombilla. Sin embargo, la imagen era de mala calidad. Su esfuerzo por
presentar una patente fue denegado debido a la patente británica de Hansell.

55
Invención de la Fibra Óptica
En el año 1954, Narinder Singh Kapany inventó la Fibra Óptica. Cursó
estudios de Ciencias Físicas en la Universidad de Agra, y realizó su doctorado
en el Imperial College de Londres, donde obtuvo el título de Doctor en el año
1955.
Durante la elaboración de su tesis doctoral, Kapany trabajó con el profesor
Harold Hopkins, que se había doctorado en 1947 con una tesis enfocada en
el campo de la óptica. Kapany comenzó a trabajar en experimentos que se
basaban en los trabajos del físico irlandés John Tyndall y demostraban que la
luz podía viajar dentro de un material que podría llegar a curvarse
aprovechando las reflexiones internas de éste. En 1954 publicó junto a Harold
Hopkins un artículo en la revista Nature llamado “A flexible fibrescope, using
static scanning” y que supuso el gran impulso para el desarrollo de la fibra
óptica. Ahí describieron que habían sido capaces de conducir un haz de luz a
NARINDER SING KAPANY, EL PADRE DE LA FIBRA OPTICA

56
través de un conjunto de múltiples fibras de 75 centímetros de largo con bajas
pérdidas, dando el gran salto que, hasta esa fecha, había frustrado todos los
intentos de conducción de luz bajo un soporte físico que pudiese ser curvado.
El “abstract” plantea lo siguiente:
“Se ha ideado una unidad óptica que transmitirá imágenes ópticas a lo largo de un
eje flexible. La unidad comprende un paquete de fibras de vidrio u otro material
transparente, y por lo tanto parece apropiado introducir el término "fibroscopio" para
denotarlo. Un uso obvio de la unidad es reemplazar el tren de lentes empleado en los
endoscopios convencionales. Los instrumentos existentes de este tipo, por ejemplo,
cistoscopios, gastroscopios y broncoscopios, etc., consisten en un tren de copiado
de lentes y lentes de campo intermedio. Son rígidos o tienen una flexibilidad limitada.
Además, la calidad de imagen de estos sistemas es deficiente, ya que consisten solo
en lentes positivos que dan lugar a una gran curvatura de campo. En los gastroscopios
existentes, el número total de lentes empleadas puede ser de hasta cincuenta, y en
consecuencia la transmisión de luz es deficiente, debido a la trayectoria total del vidrio
y al número de superficies de aire y vidrio. Aún más importante a este respecto, sin
embargo, es la necesidad de usar pequeñas aberturas relativas para tales
instrumentos, lo que es necesario si se desea obtener una definición aceptable con
una curvatura de campo tan grande.”
Gracias a este artículo, otros investigadores como Basil Hirschowitz , Wilbur
C. Peters, y Lawrence E. Curtiss de la Universidad de Michigan pudieron
fabricar, en 1965, la primera fibra óptica semiflexible que se usaría para
fabricar un gastroscopio o el primer ensayo de transmisión de datos digitales
llevado a cabo por Manfred Böhner en los laboratorios de investigación de
Telefunken en Ulm (Alemania). La explosión de investigaciones en este campo
llevó a Narinder Singh Kapany a publicar en 1967 un libro que, hoy en día,
sigue siendo una referencia en este campo "Fibras Ópticas. Principios y
Aplicaciones" y que es una de sus obras más conocidas entre los cientos de
publicaciones que ha escrito a lo largo de su vida académica.
También en 1954, el científico holandés Abraham Van Heel y el Harold
Hopkins escriben por separado artículos sobre paquetes de
imágenes. Hopkins - quien trabajó con Kapany - informó sobre los haces de
imágenes de fibras sin revestimiento, mientras que Van Heel informó sobre los

57
paquetes simples de fibras revestidas. Cubrió una fibra desnuda con un
revestimiento transparente de un índice de refracción más bajo. Esto protegió
la superficie de reflexión de la fibra de la distorsión exterior y redujo en gran
medida la interferencia entre las fibras. En ese momento, el mayor obstáculo
para un uso viable de la fibra óptica era lograr la menor pérdida de señal.

59
Desarrollo de la Fibra Óptica para
Comunicaciones
Formado en electrónica de microondas, Charles Kao desarrolló su propuesta
para comunicaciones de fibra óptica mientras trabajaba en los Laboratorios
de Telecomunicaciones Estándar, conocido por las siglas “STL” en Harlow,
Inglaterra. Su objetivo inicial era desarrollar una nueva tecnología para enlaces
de aproximadamente 10 km entre las centrales telefónicas locales, un nicho
de mercado importante en Gran Bretaña.
Charles Kao calculó que requeriría fibras de vidrio con una atenuación de unos
20 [dB] / km, mucho más clara que el vidrio óptico comercial. Cuando Kao
preguntó cómo se podía hacer un vidrio transparente, Harold Rawson, de la
Universidad de Sheffield, le dijo que la purificación debería reducir las
pérdidas por debajo de 20 dB. Eso llevó al artículo histórico que Charles Kao
escribió con George Hockham, al proponer que la transmisión a través de fibra
CHARLES KAO

60
monomodo debería alcanzar 1 [GHz] de ancho de banda y se publicó en
1966. Laser Focus World informó el trabajo de Kao en abril de 1966.
Las fibras ópticas revestidas se habían inventado una década antes, y sus
usos principales eran en paquetes para imágenes médicas y militares lo
suficientemente cortas como para permitir la atenuación de un [dB] por
metro. Las telecomunicaciones requerían una gran mejora. Kao primero
obtuvo muestras del vidrio más puro disponible, sílice fundida, que se hizo
quemando vapor de tetracloruro de silicio en una llama de oxihidrógeno. La
pérdida fue tan baja que le resultó difícil de medir, pero finalmente obtuvo un
valor extraordinariamente bajo entre 5 y 0 [dB] / km en 1969. En ese
momento, solo STL, la oficina de correos británica y Corning, que había
inventado la sílice fundida en la década de 1930, estaba investigando las
comunicaciones por fibra. Kao viajó por el mundo animando a otros
laboratorios a entrar en el campo.
MAURER, KECK Y SCHULTZ, EQUIPO DE INVESTIGADORES DE CORNING GLASS

61
En el año 1970, un equipo de investigadores de Corning Glass, Robert Maurer,
Donald Keck y Peter Schultz, comenzaron a experimentar con sílice fundido,
un material capaz de lograr una pureza extrema con un alto punto de fusión y
un bajo índice de refracción. Los investigadores patentaron la "Fibras de guía
de onda óptica”, patente n. ° 3.711.262, capaces de transportar 65,000 veces
más información que el cable de cobre. Este nuevo conductor, permitió que
la información transportada por un patrón de ondas de luz se decodificara en
un destino a miles de kilómetros de distancia. El equipo había resuelto los
problemas presentados por el Dr. Kao.
Charles Kao, recibió el Premio Nobel de Física 2009 "por sus logros
innovadores en cuanto a la transmisión de luz en fibras para
comunicación óptica”. Fallece el 23 de septiembre de 2018 en Hong
Kong. Su trabajo transformó la industria láser y óptica, y al hacer posibles las
telecomunicaciones de banda ancha, también transformó el mundo.
CHARLES KAO Y SU GUIA DE ONDA

62
Primeras Instalaciones
La fibra óptica comenzó a
desarrollarse durante la década
de 1970 en laboratorios de
investigación y desarrollo en
todo el mundo, como Corning,
Laboratorios Bell, ITT
(International Telephone and
Telegraph) del Reino Unido.
En 1975, el gobierno de los
Estados Unidos decidió
conectar las computadoras en la
sede de NORAD en Cheyenne
Mountain utilizando fibra óptica
para reducir la interferencia.
En 1976, en Dorset, Inglaterra fue instalada comercialmente por SCT
(Standard Telephones and Cables).
En 1977, el primer sistema de comunicación telefónica óptica se instaló en
Chicago, Illinois en Estados Unidos por AT&T. Cada fibra óptica llevaba el
equivalente a 672 canales de voz.
A principios de la década de 1980, las redes de comunicaciones con fibra
conectaban las principales ciudades en cada costa.
A finales de siglo XX, más del 80% del tráfico de larga distancia del mundo se
realizaba a través de cables de fibra óptica y 25 millones de kilómetros del
cable.
LOGO DE LOS AÑOS 70´ DE LA EMPRESA AT&T

63
LOGO DE LA ENTONCES STC DE INGLATERRA.

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