Científicos chinos están llevando a cabo ensayos que permitirían mejorar sustancialmente el rendimiento y la eficacia de las fibras ópticas. La utilización de las tierras raras en el dopado del vidrio que se utiliza para la construcción de las fibras permite obtener atenuaciones casi nulas de las señales que se propagan en su interior. Materiales como el samario están ofreciendo ventajas impensadas que servirán para aprovechar de mejor manera las longitudes de las fibras ópticas ya que le brindan a este medio de transmisión una eficiencia que se aproxima mucho a la ideal. Este avance será muy útil para reducir la cantidad de estaciones retransmisoras (ópticas) en largas distancias o dentro de grandes y extensas redes de datos.
La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos. Es un hilo muy fino de material transparente, vidrio o material plástico, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente encapsulado en su interior y se propaga por el núcleo de la fibra con un ángulo de reflexión (en las paredes internas de este cilindro translúcido) por encima del ángulo límite de reflexión total, según la ley de Snell. La fuente de luz que genera la transmisión de los datos habitualmente es un láser o un LED. Las fibras se utilizan de manera generalizada en telecomunicaciones ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de un enlace vía radio o a través de un conductor físico. Son líneas de transmisión por excelencia al ser inmunes a las interferencias electromagnéticas. También se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.
Las fibras ópticas están siendo utilizadas en la construcción de la mayoría de las redes de cable del mundo y, por este motivo, han pasado a ser una parte esencial de la vida moderna. Para mantenerse al día con las demandas del público y el crecimiento exponencial de los usuarios de cualquier medio de telecomunicación (que exige cada vez mayor ancho de banda), los científicos están trabajando para mejorar los amplificadores ópticos utilizados en las cabeceras de transmisión que introducen en la fibra óptica las señales que viajarán largas distancias hasta el receptor de destino.
La investigación en el área de los amplificadores ópticos se centra en el hallazgo de un modelo eficaz de fibra de vidrio dopada con elementos de tierras raras. Los elementos tales como el iterbio y el erbio tienen la propiedad de amplificar las señales de luz cuando son excitados por un haz láser. Muchas combinaciones diferentes de elementos están siendo ensayadas para lograr optimizar los amplificadores que operan en bandas de frecuencia de comunicación. Sin embargo, la posibilidad de amplificar la señal de manera efectiva en esos iones de tierras raras dentro de la propia fibra óptica es un reto y requiere de materiales avanzados y una tecnología de fabricación muy específica y cuidada. Además, para ser de utilidad comercial, el vidrio utilizado en la construcción de la fibra óptica debe ser estable y debe tener pocas pérdidas de modo tal que necesite muy poca energía para impulsar las señales.
Un tipo de vidrio experimental desarrollado por un equipo de la Universidad Politécnica de Dalian (China) y la City University (Hong Kong) resuelve algunos de estos problemas de fabricación. Los investigadores están ensayado con la incorporación de metales pesados y alcalinos o elementos alcalino-térreos como el plomo, bismuto, galio, litio, potasio y bario en un vidrio dopado con iones trivalentes de óxido de samario, elemento considerado dentro del grupo de las “tierras raras”. Entre cristales de óxido, la energía fonón máxima de estos materiales es casi la más baja. Sin duda alguna, esto puede inducir a una mejora evidente de la eficiencia cuántica de los iones de samario.
Durante las pruebas de laboratorio, se demostró que el cristal del samario permite circular con total libertad la energía infrarroja en una longitud de onda de los 1185 nanómetros (dentro de la ventana de la fibra óptica) en medio de otras longitudes de onda. Los resultados, publicados en el Journal of Applied Physics por el Instituto Americano de Física (AIP), indican que vale la pena estudiar la utilización del samario en los galatos (sales o ésteres de ácido gálico) empleados tanto en los diseños de fibras ópticas como en los propios emisores láser.
El samario es un elemento químico de símbolo Sm y número atómico 62. Es miembro del grupo de las tierras raras; es relativamente estable en el aire y se convierte en gas a los 150ºC. El óxido de samario es de color amarillo pálido y es muy soluble en la mayor parte de los ácidos, dando sales de tonalidad amarillo-topacio en solución. Las tierras raras se componen de mezcla de óxidos e hidróxidos de los elementos del bloque "F" de la tabla periódica de los elementos y van desde el lantano al lutecio, además de escandio e itrio.
Aunque la denominación "tierras raras" podría llevar a la conclusión de que se trata de elementos con escasa abundancia en la corteza terrestre, esto no es así. Algunos elementos como el cerio, el itrio y el neodimio son más abundantes que el plomo, y el tulio (el más escaso) es aún más abundante que el oro o el platino. El término "rara" surgió porque a principios del siglo XX, ante la dificultad de separar los elementos constituyentes de los minerales, éstos eran raramente utilizados para algo. El término "tierra" es una antigua denominación para los óxidos. Los elementos de este grupo se utilizan para fabricar imanes permanentes fuertes (ej. samario-cobalto o neodimio-hierro-boro), materiales superconductores, láser, etc.
