Zuntz optikoa

Zer da zuntz optikoa?

Sarritan entzun izan dugu zuntz optikoaz hitz egiten telefonia, kable bidezko telebista edo Internet aipatzen direnean. Zuntz optikoko lineak beira hutsezko hari luzeak dira, gizakiaren ilea bezain meheak eta informazio digitala daramate, distantzia handiak eginez. Hari horiek kable optiko izeneko multzotan elkartzen dira eta argizko seinaleak bidaltzen dituzte. Medikuntzako irudigintzan eta ingeniaritza mekanikoko azterketetan ere erabili ohi da zuntz optikoa.

Zuntz optiko bakar bat gertutik ikusiz gero, ondorengo zatiak bereiz daitezke: muina, zuntzaren beira mehez eratutako erdigunea, argia garraiatzen duena; estaldura, muina inguratzen duen kanpoaldeko material optikoa, argia berriro muinean islatzen duena eta, azkenik, geruza babeslea, plastikozko estaldura, zuntza arriskutatik edo hezetasunetik babesten duena. Bestalde, kable optikoa osatzen duen hari-multzoa ere beste zorro batek babesten du.

Zuntz optikozko kalble baten egitura

Bi modutako zuntz optikoak ezagutzen dira: muin txikiz osatuak izanik, laser-izpi infragorriak transmititzen dituztenak, eta muin handia dutenak eta LED diodo argi-igorleek sorturiko izpi infragorriak transmititzen dituztenak. Gainera, plastikozko zuntz optikoak ere badaude. Zuntz hauek muin handi batez osaturik daude eta izpi ikusgai gorriak igortzen dituzte LEDen bitartez.

Nola trasmititzen du argia zuntz optikoak?

Demagun korridore luze eta estu bat linterna batez argitu nahi dugula; linternaren izpia zuzenki korridorerantz begira jartzen badugu, argiak lerro zuzena jarraituko du. Zer egingo genuke, ordea, korridoreak bihurgune bat balu? Bihurgunean ispilu bat jarriz gero, argi-izpia islatuko litzateke eta korridorean aurrera jarraituko luke. Eta korridorea bihurgunez beterik balego? Horma guztiak ispiluz estali beharko genituzke eta horrela, argi-izpia horma batetik bestera islatuz joango litzateke korridore osoan zehar. Hori da zehazki zuntz optikoak egiten duena.

Argi-izpiak nola bidaiatzen duten zuntz optikoaren barnean.

Zuntz optikoaren barruan gertatzen den transmisioa ulertzeko, errefrakzioa zer den gogoratu behar dugu: demagun bi medio ditugula, airea eta ura, adibidez. Argi-izpi bat batetik bestera igarotzen denean desbideratu egiten da.

Errefrakzioa

Desbideratzen den angelua bi medioen errefrakzio-indizeen arteko erlazioak zertzen du. Argiak hutsean duen c abiaduraren eta medio batean duen v abiaduraren arteko zatidura (n=c/v) da medio horren errefrakzio-indizea. Bide batez, bi medioak bereizten dituen azalerara iristen denean izpiak duen angeluak, balio batetik aurrera, errefrakziorik ez gertatzea dakar, alegia izpia ez da igarotzen bigarren mediora, baizik eta azal horretan islatu eta berriro lehen medioan barneratzen da. Fenomeno honi islapen erabatekoa esaten zaio.

Islapen erabatekoa

Horixe da, hain zuzen ere, zuntz optikoaren kanpoko azalean gertatzen dena. Argi-izpia kanpora irten beharrean barruan jarraitzen duela eta berriro kanpoko azalera iristen denean beste hainbeste gertatzen zaiola, etab.

Horrela argi-uhinak distantzia handiak egin ditzake. Alabaina, argizko seinale batzuen kalitatea ahultzen joaten da zuntzean. Bi izan daitezke arrazoiak: beiraren inpurutasuna batetik, eta igorritako argiaren uhin-luzera bestetik; hau da, zenbat eta uhin-luzera handiagoa, orduan eta seinalearen kalitatea ahulagoa.

Zuntz optikoaren transmisio-sistema

Zuntz optikoa komunikabideen sistemetan nola erabiltzen den ulertzeko, itsasontzi batzuen arteko komunikazioaren adibidea erabiliko dugu: demagun armada bateko bi itsasontzik elkarren artean komunikatu nahi dutela, irratia erabili gabe edo itsaso ekaiztsu batean murgildurik. Itsasontzietako bat bestera hurbiltzen da. Lehen itsasontziko kapitainak mezu bat bidaltzen dio itsasontziaren bizkarrean dagoen marinel bati. Marinelak Morse kodera itzultzen du mezua (puntuak eta marrak), eta honek mezua beste itsasontzira igortzen du. Beste itsasontziaren bizkarrean dagoen marinelak mezua Morse kodean jaso, ingelesera itzuli eta kapitainari ematen dio.

Orain, demagun hauxe bera egin nahi dugula milaka kilometrora dauden bi itsasontziren artean eta zuntz optikoko komunikazio-sistema badutela bi itsasontziek. Ondorengo pausoetan oinarritzen da sistema hori:

Zuntz optikoak argizko seinalea gidatzen du.

Igorgailuak argizko seinalea ekoitzi eta kodetzen du; lehenengo ontziaren bizkarrean dagoen marinelak bezala. Hark zuzentzen du argia behar den sekuentzian piztea eta itzaltzea, argizko seinalea sortuz. Batzuetan lente bat darama zuntzaren barruan argia bideratzeko. Laser-a LED-a baino indartsuagoa da, baina tenperaturarekin aldakorra eta askoz garestiagoa da.

Birsorgailu optikoak seinalea anplifikatu egiten du. Argiak zuntzean zehar bide luzea egiten duenean intentsitatea galtzen du, adibidez, itsas-azpiko kableetan. Orduan birsorgailu bat edo gehiago eransten zaizkio kableari, argizko seinale horiek indartzeko. Birsorgailu bat substantzia dopatzaile baten molekulaz kargatutako geruza berezia duen zuntz optikoa da. Zuntzean zehar datorren seinaleak intentsitatea ahuldua du, baina ezaugarri batzuk ditu. Birsorgailuaren geruza bereziko molekula dopatzaile bakoitza kanpotik laser batez argiztatzen denean, intentsitate handiko igorgailu bihurtzen da. Zuntzean zehar datorren seinalea intentsitatez handitu egiten da orduan eta zekartzan ezaugarriak mantentzen ditu. Hortaz, seinalearen anplifikazioa gertatzen da birsorgailuan.

Hargailu optikoak, bigarren ontziko marinelak bezala, seinalea jaso eta deskodetzen du. Argizko seinale digitalak jaso, deskodetu eta ordenagailu-, telebista- edo irrati-erabiltzaileari seinale elektrikoa bidaltzen dio (bigarrengo ontziko kapitaina). Hartzaileak fotozelulak eta fotodiodoak erabiltzen ditu argia atzemateko.

Zuntz optikoaren onurak

Zuntz optikoaren erabilerak hankaz gora jarri du telekomunikabideen mundua. Zergatik? Gaurdaino erabili izan den kobrezko kablearekin alderatuz, zuntz optikoak onura handiak ekarri dituelako.

Batetik, zuntz optikoa kobrezko kablea baino merkeagoa da. Gainera, zuntz optikoa meheagoa da eta ondorioz, linea telefoniko gehiago garraia ditzake kable bakar batek edo telebista-kate gehiago eduki ditzake kable bidezko telebista batek.

Bestalde, zuntz optikoa erabiliz gero, seinaleak, ahultzeko aukera gutxiago izango du eta kable bereko harien arteko interferentziarik ez da sumatuko; beraz, seinalea garbiagoa izango da.

Zuntz optikoa, bestalde, informazio digitala garraiatzeko aproposena da. Eta elektrizitaterik erabiltzen ez denez, ez dago su-arriskurik. Gainera, bere malgutasunak hainbat kamera digitaletan erabiltzeko aukera ematen du: medikuntzako irudigintzan (endoskopiak, laparoskopiak, etab.), mekanikako irudigintzan (hegazkin, auto, espazio-ontzi, etab.-etako hodietan eta motorretan soldadura mekanikoak ikuskatzeko), edo iturgintzan (estolderia ikuskatzeko).

Onura hauengatik guztiengatik zuntz optikoa industria-arlo askotan, telekomunikabideetan eta sare informatikotan sartzen ari da indar handiz.