A principios de este mes, Microsoft anunció que había adquirido Lumenisity® Limited, una empresa dedicada al desarrollo de fibras ópticas hollow core (fibras de núcleo hueco). Esta noticia nos proporciona una excelent excusa para hablar de las fibras en el infrarrojo medio, es decir, fibras que transmiten luz en el infrarrojo medio (mid-infrared, MIR), desde 2 µm hasta 20 µm.
Como se mencionó en un post anterior, la sílice es el material más empleado en las fibras ópticas, pero las fibras de sílice no se pueden emplear a longitudes de onda superiores a 2 µm debido a su alta absorción en este rango. Las fibras en el infrarrojo medio incluyen fibras que emplean vidrios de calcogenuro, fibras de germanato, fibras fluoradas, fibras policristalinas, fibras de zafiro y fibras hollow core. En este post nos vamos a centrar en las fibras fluoradas y las fibras hollow core.
Las fibras fluoradas son fibras hechas de varios vidrios fluorados. Según su composición, existen diferentes tipos de fibras fluoradas, pero dos de las más comunes son las fibras ZBLAN (ZrF4 – BaF2 – LaF3 – AlF3 – NaF) y las fibras basadas en AlF3 (AlF3 – BaF2 – SrF2 – CaF2 – MgF2 – YF3 ). La ventana de transmisión para las fibras ZBLAN oscila se extiende aproximadamente entre 0,4 µm y 4 µm, mientras que las fibras basadas en AlF3 sólo cubren hasta alrededor de 3,5 µm. Las principales aplicaciones de las fibras fluoradas son la espectroscopía MIR, los sensores de fibra óptica, la termometría y la adquisición de imágenes. Aunque inicialmente se pensó que podrían emplearse para comunicaciones ópticas, no son adecuadas para este fin.
Las principales desventajas de las fibras fluoradas son su fragilidad y que son higroscópicas (absorben agua del medio), lo que limita su vida útil. Sin embargo, las fibras basadas en AlF3 son mecánicamente más robustas y se ven menos afectadas por la humedad que las fibras ZBLAN. También hay que tener en cuenta que las fibras fluoradas son caras ya que son difíciles de fabricar. Esto se debe a que no hay precursores gaseosos disponibles para las fibras fluoradas, por lo que las técnicas de fabricación empleadas en las fibras de sílice no se pueden utilizar en este caso.
En cuanto a las fibras hollow core, son fibras donde el núcleo es una región hueca (es aire en lugar de un material sólido). Esto significa que el índice de refracción del núcleo es menor que el del cladding, por lo que la luz no se propaga siguiendo el mecanismo de reflexión total interna, que requiere la condición opuesta. En las fibras hollow core convencionales, la propagación de la luz se explica por la existencia de bandas fotónicas prohibidas, que impiden que la luz guiada por la región hueca se propague hacia el cladding.
Las fibras hollow core generalmente se consideran un tipo de fibras de cristal fotónico, que se definen por una disposición periódica de huecos de aire en la sección de la fibra. Su ventana de transmisión puede extenderse desde 2 µm hasta 16 µm, aunque también existen fibras hollow core diseñadas para trabajar en la región visible – infrarrojo cercano del espectro e incluso en el ultravioleta. Las fibras hollow core suelen estar hechas de vidrio o zafiro, aunque también se pueden emplear otros materiales (plástico o metal).
Una de las principales aplicaciones de las fibras hollow core es la transmisión de datos debido a su baja latencia (tiempo de retardo). La razón es que la velocidad de la luz guiada suele estar cerca de la velocidad de la luz en el vacío. Otras ventajas de las fibras hollow core para la transmisión de datos son sus débiles efectos no lineales, que reducen los costes y mejoran la calidad de la red, y las bajas pérdidas de propagación, que permiten la transmisión a distancias más largas sin repetidores. Estas características han sido clave en la decisión de Microsoft de adquirir Lumenisity® Limited, la noticia con la que hemos comenzado este post. Por otro lado, desde el punto de vista de la investigación, las fibras hollow core son interesantes para aplicaciones de detección de gases, ya que estas estructuras favorecen la interacción entre la luz guiada y los gases a detectar.
En conclusión, en este post hemos descrito dos de los principales tipos de fibras de infrarrojo medio: las fibras fluoradas y las fibras hollow core. Se han explicado sus características, incluyendo sus ventajas y debilidades; así como sus aplicaciones, y parece que las fibras hollow core van a cambiar el paradigma en la transmisión de datos en los próximos años.
Escrito por J.J. Imas
Bibliografía
[1] «Microsoft acquires Lumenisity®, an innovator in hollow core fiber (HCF) cable», Girish Bablani
[2] «Fluoride fibers», FiberLabs Inc.
[3] «Hollow Fiber Technology», Guiding Photonics
[4] «Mid-infrared fibers», RP Photonics