La comunicación óptica , también conocida como telecomunicaciones ópticas , es la comunicación a distancia utilizando luz para transportar información. Se puede realizar de forma visual o mediante el uso de dispositivos electrónicos . Las primeras formas básicas de comunicación óptica se remontan a varios milenios, mientras que el primer dispositivo eléctrico creado para hacerlo fue el fotófono , inventado en 1880.
Un sistema de comunicación óptica utiliza un transmisor , que codifica un mensaje en una señal óptica , un canal , que lleva la señal a su destino, y un receptor , que reproduce el mensaje a partir de la señal óptica recibida. Cuando no se emplean equipos electrónicos, el "receptor" es una persona que observa e interpreta visualmente una señal, que puede ser simple (como la presencia de una baliza encendida ) o compleja (como luces que utilizan códigos de colores o parpadean en código Morse). secuencia).
La comunicación moderna se basa en sistemas de redes ópticas que utilizan fibra óptica , amplificadores ópticos , láseres , conmutadores, enrutadores y otras tecnologías relacionadas. La comunicación óptica en el espacio libre utiliza láseres para transmitir señales en el espacio, mientras que las formas terrestres están naturalmente limitadas por la geografía y el clima. Este artículo proporciona una introducción básica a diferentes formas de comunicación óptica.
Las técnicas visuales como las señales de humo , los disparos de balizas , los telégrafos hidráulicos , las banderas de los barcos y las líneas de semáforo fueron las primeras formas de comunicación óptica. [1] [2] [3] [4] Los semáforos de telégrafo hidráulico se remontan al siglo IV a. C. en Grecia. Los marineros todavía utilizan bengalas de socorro en emergencias, mientras que los faros y las luces de navegación se utilizan para comunicar los peligros de la navegación.
El heliógrafo utiliza un espejo para reflejar la luz del sol a un observador distante. [5] Cuando un señalizador inclina el espejo para reflejar la luz del sol, el observador distante ve destellos de luz que pueden usarse para transmitir un código de señalización preestablecido. Los barcos de guerra suelen utilizar lámparas de señalización y código Morse de forma similar.
Los pilotos de aeronaves suelen utilizar sistemas de luces proyectadas con indicadores visuales de pendiente de aproximación (VASI) para aterrizar de forma segura, especialmente de noche. Los aviones militares que aterrizan en un portaaviones utilizan un sistema similar para aterrizar correctamente en la cubierta de un portaaviones. El sistema de luces de colores comunica la altura de la aeronave en relación con una senda de planeo de aterrizaje estándar . Además, las torres de control de los aeropuertos todavía utilizan lámparas Aldis para transmitir instrucciones a los aviones cuyas radios han fallado.
Un "telégrafo semáforo", también llamado "línea de semáforo", "telégrafo óptico", "cadena de telégrafo de persiana", " telégrafo de Chappe " o "semáforo napoleónico", es un sistema utilizado para transmitir información mediante señales visuales, utilizando Torres con brazos pivotantes o contraventanas, también conocidas como palas o paletas. La información está codificada por la posición de los elementos mecánicos; se lee cuando la persiana está en una posición fija. [2] [6]
Las líneas de semáforo fueron precursoras del telégrafo eléctrico . Eran mucho más rápidos que los correos para transmitir un mensaje a largas distancias, pero mucho más caros y menos privados que las líneas de telégrafo eléctrico que más tarde los reemplazarían. La distancia máxima que pueden salvar un par de estaciones de telégrafo de semáforo está limitada por la geografía, el clima y la disponibilidad de luz; por lo tanto, en el uso práctico, la mayoría de los telégrafos ópticos utilizaban líneas de estaciones repetidoras para salvar distancias más largas. Cada estación repetidora también requeriría su complemento de operadores-observadores capacitados para transmitir mensajes de un lado a otro a través de la línea.
El diseño moderno de los semáforos fue previsto por primera vez por el erudito británico Robert Hooke , quien fue el primero en ofrecer un esquema vívido y completo de la telegrafía visual en una presentación de 1684 a la Royal Society . Su propuesta (que fue motivada por preocupaciones militares tras la batalla de Viena el año anterior) no se puso en práctica durante su vida. [7] [8]
La primera línea de semáforo óptico operativa llegó en 1792, creada por el ingeniero francés Claude Chappe y sus hermanos, quienes lograron cubrir Francia con una red de 556 estaciones que se extendían por una distancia total de 4.800 kilómetros (3.000 millas). Se utilizó para comunicaciones militares y nacionales hasta la década de 1850.
Muchos servicios nacionales adoptaron sistemas de señalización diferentes al sistema Chappe. Por ejemplo, Gran Bretaña y Suecia adoptaron sistemas de paneles con contraventanas (en contradicción con la afirmación de los hermanos Chappe de que las varillas en ángulo son más visibles). En España , el ingeniero Agustín de Betancourt desarrolló un sistema propio que fue adoptado por ese estado. Este sistema fue considerado por muchos expertos en Europa mejor que el de Chappe, incluso en Francia. [ cita necesaria ]
Estos sistemas fueron populares entre finales del siglo XVIII y principios del XIX, pero no podían competir con el telégrafo eléctrico y quedaron completamente fuera de servicio en 1880. [1]
Las banderas de semáforo son el sistema para transmitir información a distancia mediante señales visuales con banderas de mano, varillas, discos, paletas o, ocasionalmente, con las manos desnudas o enguantadas. La información está codificada por la posición de las banderas, objetos o armas; se lee cuando están en una posición fija.
Los semáforos fueron adoptados y ampliamente utilizados (con banderas de mano reemplazando los brazos mecánicos de los semáforos de obturador ) en el mundo marítimo en el siglo XIX. Todavía se utilizan durante el reabastecimiento en el mar y son aceptables para comunicaciones de emergencia durante el día o, utilizando varitas luminosas en lugar de banderas, durante la noche.
El sistema de semáforo de banderas más nuevo utiliza dos postes cortos con banderas cuadradas, que un señalizador sostiene en diferentes posiciones para transmitir letras del alfabeto y números. El transmisor sostiene un poste en cada mano y extiende cada brazo en una de las ocho direcciones posibles. Excepto en posición de descanso, las banderas no pueden superponerse. Las banderas tienen colores diferentes según si las señales se envían por mar o por tierra. En el mar, las banderas son de color rojo y amarillo (las banderas de los Oscar ), mientras que en tierra son de color blanco y azul (las banderas de Papá ). Las banderas no son necesarias, sólo hacen que los personajes sean más obvios.
Las lámparas de señalización (como las lámparas Aldis) son dispositivos de señalización visual para comunicación óptica (normalmente utilizando código Morse). Las lámparas de señalización modernas son lámparas enfocadas que pueden producir un pulso de luz. En las versiones grandes, este impulso se consigue abriendo y cerrando las contraventanas montadas delante de la lámpara, ya sea mediante un presostato accionado manualmente o, en versiones posteriores, de forma automática.
Con las lámparas de mano, un espejo cóncavo se inclina mediante un gatillo para enfocar la luz en pulsos. Las lámparas suelen estar equipadas con algún tipo de mira óptica y se utilizan con mayor frecuencia en buques de guerra y también en torres de control de aeropuertos con señales luminosas de aviación codificadas .
Las señales luminosas de aviación se utilizan en caso de fallo de radio , de una aeronave que no está equipada con radio o en el caso de un piloto con discapacidad auditiva. Los controladores de tráfico aéreo han utilizado durante mucho tiempo pistolas de señales luminosas para dirigir dichos aviones. La lámpara de la pistola de luz tiene un haz brillante enfocado capaz de emitir tres colores diferentes: rojo, blanco y verde. Estos colores pueden ser intermitentes o fijos y proporcionar diferentes instrucciones a las aeronaves en vuelo o en tierra (por ejemplo, "autorizado para aterrizar" o "autorizado para despegar"). Los pilotos pueden reconocer las instrucciones moviendo las alas de su avión, moviendo sus alerones si están en tierra o haciendo parpadear sus luces de aterrizaje o navegación durante la noche. Sólo 12 instrucciones estandarizadas simples están dirigidas a las aeronaves que utilizan pistolas luminosas de señales, ya que el sistema no se utiliza con código Morse.
Un heliógrafo ( griego : Ἥλιος helios , que significa "sol", y γραφειν graphein , que significa "escribir") es un telégrafo solar inalámbrico que envía señales mediante destellos de luz solar (generalmente usando código Morse) reflejados por un espejo . Los destellos se producen girando momentáneamente el espejo o interrumpiendo el haz con una persiana.
El heliógrafo fue un instrumento sencillo pero eficaz para la comunicación óptica instantánea a largas distancias a finales del siglo XIX y principios del XX. Sus principales usos fueron en trabajos militares, de reconocimiento y de protección forestal. Fueron estándar en los ejércitos británico y australiano hasta la década de 1960, y fueron utilizados por el ejército paquistaní hasta 1975. [5]
En la actualidad, diversos sistemas electrónicos transmiten y reciben ópticamente información transmitida por pulsos de luz. Los cables de comunicación de fibra óptica se emplean para transportar datos electrónicos y tráfico telefónico. Las comunicaciones ópticas en espacio libre también se utilizan todos los días en diversas aplicaciones.
La fibra óptica es el tipo de canal más común para las comunicaciones ópticas. Los transmisores en los enlaces de fibra óptica son generalmente diodos emisores de luz (LED) o diodos láser . La luz infrarroja se utiliza más comúnmente que la luz visible , porque las fibras ópticas transmiten longitudes de onda infrarrojas con menos atenuación y dispersión . La codificación de la señal suele ser una modulación de intensidad simple , aunque históricamente la modulación de frecuencia y fase óptica se ha demostrado en el laboratorio. La necesidad de una regeneración periódica de la señal fue reemplazada en gran medida por la introducción del amplificador de fibra dopada con erbio , que amplió las distancias de enlace a un costo significativamente menor. La introducción comercial de la multiplexación por división de longitud de onda densa (WDM) en 1996 por parte de Ciena Corp fue el verdadero comienzo de las redes ópticas. [9] [10] WDM es ahora la base común de casi todos los sistemas ópticos de alta capacidad del mundo [11]
Los primeros sistemas de comunicación óptica fueron diseñados y entregados al ejército de los EE. UU. y a Chevron por Optelecom, Inc., [12] la empresa cofundada por Gordon Gould, el inventor del amplificador óptico [13] y el láser. [14]
El fotófono (originalmente con un nombre alternativo, radioteléfono ) es un dispositivo de comunicación que permitía la transmisión del habla a través de un haz de luz . Fue inventado conjuntamente por Alexander Graham Bell y su asistente Charles Sumner Tainter el 19 de febrero de 1880, en el laboratorio de Bell en 1325 'L' Street en Washington, DC [15] [16] Ambos se convertirían más tarde en asociados plenos de la Asociación de Laboratorios Volta. , creado y financiado por Bell.
El 21 de junio de 1880, el asistente de Bell transmitió un mensaje telefónico de voz inalámbrico a una distancia considerable, desde el techo de la Escuela Franklin hasta la ventana del laboratorio de Bell, a unos 213 metros (aproximadamente 700 pies) de distancia. [17] [18] [19] [20]
Bell creía que el fotófono era su invento más importante . De las 18 patentes concedidas sólo a nombre de Bell, y las 12 que compartió con sus colaboradores, cuatro eran para el fotófono, al que Bell se refirió como su "mayor logro", y le dijo a un periodista poco antes de su muerte que el fotófono era "el mayor logro". invento que he hecho jamás, mayor que el teléfono". [21]
El fotófono fue un precursor de los sistemas de comunicación por fibra óptica que alcanzaron un uso popular en todo el mundo a partir de la década de 1980. [22] [23] [24] La patente maestra para el fotófono ( patente estadounidense 235,199 Aparato para señalización y comunicación, llamado fotófono ), se emitió en diciembre de 1880, [19] muchas décadas antes de que sus principios tuvieran aplicaciones prácticas.
Los sistemas de óptica de espacio libre (FSO) se emplean para las telecomunicaciones de " última milla " y pueden funcionar a distancias de varios kilómetros siempre que haya una línea de visión clara entre el origen y el destino y el receptor óptico pueda decodificar de forma fiable la señal transmitida. información. [25] Otros sistemas en el espacio libre pueden proporcionar enlaces de largo alcance y alta velocidad de datos utilizando subsistemas pequeños, de baja masa y bajo consumo de energía, lo que los hace adecuados para las comunicaciones en el espacio. [26] Varias constelaciones de satélites planificadas destinadas a proporcionar cobertura de banda ancha global aprovechan estos beneficios y emplean comunicación láser para enlaces entre satélites entre varios cientos a miles de satélites, creando efectivamente una red de malla óptica basada en el espacio .
De manera más general, la transmisión de señales ópticas no guiadas se conoce como comunicaciones ópticas inalámbricas (OWC). Los ejemplos incluyen comunicación de luz visible de mediano alcance e IrDA de corta distancia , utilizando LED infrarrojos.
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