Fibra optica este un fir care a revolutionat tehnologia comunicatiilor, este fabricata din sticla sau din plastic foarte fin, avand capacitatea de a conduce lumina si de a transporta informatia, dintr-un loc in altul, la mare viteza, motiv pentru care a devenit indispensabila in domeniul informaticii, in cel aerospatial, al transmisiilor prin satelit etc. Un cablu de fibra optica are in mijloc sute de fire, fiecare cu diametrul mai mic decat al unui fir de par, protejate de un invelis care reflecta lumina.
Chiar daca fibrele optice din sticla reprezinta o inventie a secolului al XX-lea, utilizarea sticlei in relatie cu lumina este o tehnica pe care grecii antici o foloseau pentru a crea obiecte decorative, in special mozaic «millefiori » (« mii de flori »), iar, mai tarziu, in perioada Renasterii, procedeul a fost preluat si conservat.
Baza inventarii fibrei optice
Principiul care sta la baza inventarii fibrei optice a fost demonstrat stiintific, pentru prima data, la mijlocul secolului al XIX-lea, cand fizicianul irlandez John Tyndall a aratat ca lumina proiectata intr-un jet de apa curbat urmeaza traseul apei, pana la acel moment considerandu-se ca lumina se propaga numai in linie dreapta.
Pornind de la aceasta descoperire, in scurt timp, principiul a fost aplicat pentru aranjamentul unor spectaculoase fantani arteziene luminoase sau pentru fabricarea, in scop medical, a unor dispozitive (endoscoape), care puteau fi introduse in stomac, pentru a trimite imagini din interior.
Prima tentativa de comunicare optica ii apartine lui Alexander Graham Bell, inventatorul telefonului, care, in 1880, a conceput un « fotofon ». Cu ajutorul unui astfel de aparat, lumina putea fi transmisa pana la o distanta de 200 de metri.
Vocea umana, amplificata de un microfon, facea sa vibreze o oglinda, care reflecta lumina soarelui. La 200 de metri distanta, o a doua oglinda capta lumina si activa un cristal de seleniu, care reproducea sunetul, intr-o maniera asemanatoare cu a receptorului primului telefon.
Desi revolutionara, metoda nu a avut prea mare succes, pentru ca nu se putea folosi decat in spatiu deschis, iar pe timp de ploaie sau iarna, transimisia semnalului nu era posibila ori se facea cu mare dificultate.
Primele aplicatii remarcabila ale fibrei optice
La jumatatea secolului al XX-lea, prima aplicatie remarcabila a fibrei optice se regaseste in structura « fibroscopului » (numit si « flexoscop »), un fel de endoscop flexibil, utilizat nu numai in medicina, ci si pentru cercetarea spatiilor inguste, in constructii, in mecanica, in conditiile in care locul respectiv nu putea fi vizualizat in alt mod.
In aceeasi perioada, un grup de fizicieni olandezi au realizat un periscop pentru submarine, folosind fibra de sticla, cu invelis de email transparent. Dar, primul cablu cu fibra de sticla, cu adevarat operational, a fost pus la punct in 1955, de catre savantul american, de origine indiana, Narinder Kapany. Acesta a avut ideea de a lua o fibra de sticla, pe care a rasucit-o in forma de opt, de cateva mii de ori, dupa care a pus laolalta aproximativ 20.000 de astfel de fibre identice, pe care le-a infasurat intr-un invelis protector transparent.
Pentru ca refractia miezului format din fibre de sticla este mai mare decat a invelitorii, lumina este reflectata la limita dintre cele doua, impulsul fiind conservat in interiorul cablului. Cu toate acestea, telecomunicatiile prin fibra optica au devenit posibile abia dupa inventarea laserului, in 1960. La numai sase ani dupa acest moment, Charles Kao, un inginer american, de origine chineza, considerat « parintele » comunicatiilor prin fibra optica, a realizat primul apel telefonic, utilizand un astfel de material.
Pentru contributiile sale in domeniu, Kao a primit, in 2009, Premiul Nobel pentru fizica. Spre deosebire de un cablu de cupru sau unul coaxial, printr-un cablu cu fibra optica pot fi transmise mult mai multe apeluri telefonice, in acelasi timp, precum si canale de televiziune. Primul sistem telefonic pe baza de fibra optica a fost instalat in Chicago, in 1977. La ora actuala, peste 25 de milioane de kilometri de cablu cu fibra optica, pe mapamond, asigura 80% dintre comunicatiile pe lungi distante.
Epoca moderna a fibrei optice
De la inceputul anilor 2000, aproape toate informatiile digitale sunt transmise prin cabluri cu fibra optica, avand avantajul unui cost scazut, in raport cu volumul lor, flexibilitate si imunitate la interferentele electromagnetice. Cablurile moderne sunt realizate din mai multe straturi, care pot face fata la transmiterea de 10 miliarde de biti pe secunda.
Dezvoltarea Internetului a facut ca, la sfarsitul anilor 1990, peste 14 bilioane de dolari sa fie investiti, la nivel mondial, in fibra optica. Fibra multimodală (cu diametrul peste 10 micrometri – un micrometru fiind cam de o suta de ori mai subtire decat firul de par) se utilizeaza, de regula, pe distante mici, in timp ce pe distantele mari, de exemplu, cablurile submarine, care leaga diversele continente intre ele, cele mai potrivite sunt cablurile monomodale (cu diametrul mediu de 8 micrometri).
Odata cu avansul tehnologic au fost inlaturate, in mod semnificativ, pierderile de semnal optic, cea mai recenta tehnologie – Nanostructura – facand posibile conexiuni mai rapide si dispozitive mult mai interactive ca in trecut.
Alte intrebuintari ale fibrei optice
Fibrele optice au si alte intrebuintari decat cele din comunicatii sau din domeniul medical, fiind utilizate la masurarea temperaturii motoarelor cu reactie, a tensiunii mecanice, a vibratiilor, acceleratiei etc., prin intermediul unor senzori care la reactioneaza lumina, in scop decorativ (pentru aranjamentul vitrinelor, in iluminatul public), in spectroscopie (la masurarea spectrelor), ca amplificator optic pentru laser, ca substitut pentru panourile solare, cu ajutorul unor nanostructuri de oxid de zinc introduse pe fibre optice (tehnologie aflata, deocamdata, doar in stadiul experimental).
