Samario: Mejores fibras ópticas con tierras raras

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.

El haz láser viaja por el interior de la fibra óptica con la menor atenuación posible

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.

Los emisores láser son los más utilizados con fibras ópticas

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.

Las fibras ópticas han reemplazado al cobre en las grandes redes de datos

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.

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  1. Eso es para que vean los suramericanos y occidentales la capasidad y el poderio de la gran china, segun se dice todo se copia en china, este y otros miles de desarrollos son realizados gracias a una educacion gratis y un pais dos sistemas que si funciona, y aunque estamos lejos de alcanzar el maximo bienestar y justicia social de nuestra amada patria, seguimos intentandolo, viva el gran estado socialista china continental unida.

    • No se si de verdad eres chino, que lo dudo, pero prefiero ser libre y vivir bien con mi familia, mi trabajo y mis que haceres diarios a vivir no una dictadura que a escogido lo peor del capitalismo y los peor del comunismo. Este invento lo han logrado un pequeño grupo de científicos el resto de la población china ni le afecta ni ha contribuido así que no es un argumento valido para justificar el régimen.

    • Si crees que China es un modelo de sociedad, un lugar donde existe una dictadura en la que nadie tiene derechos y se hace lo que el gobierno ordena (no pueden ni consultar en google libremente), la verdad es que eres un ignorante. Seguramente serás un chino que se dedica a coser balones de futbol en algún sótano, o de esos que vienen en cargamentos de barcos. Viva China!!

    • Los chinos se presentan al mundo felices, educados y con seguridad laboral solo en las poblaciones costeras mientras que tierras adentro las cosas no son tan buenas y la represión contra los estudiantes que reclaman mas libertades es fuerte; ademas en las regiones que están en el entorno al Tibet existe una gran discriminación por parte del propio estado lo que se constituye en algo que llega en algunos puntos a ser una violación de los derechos Humanos, por mantenerse apegados a su cultura antigua.

      Aunque en los que se refiere a tecnología se debe resaltar que antes de que llegue el comunismo allí ya los chinos tenían una gran capacidad; tal es el caso que aun hoy en día en algunos lugares se pueden encontrar edificios antiguos (de mas de 200 años y de 4 pistos) que aun están habitados y que no presentan rajadura alguna por los terremotos y otros eventos naturales de gran escala. Otro ejemplo es la famosa muralla china que si no lo sabias no la hicieron los comunista fue el pueblo chino (si alguien mando a hacerla).
      Estoy de acuerdo con las educación publica para todos pero me parece que lo que vos buscas es otra cosa = que los ricos vayan a una escuela publica y paguen como si fueran a una privada pero que no exista devolución por su desembolso, que es la comodidad ya que las escuelas privadas lo que venden es comodidad la mejor enseñanza solo es consecuencia de esto. No digo que no exista comodidad en una escuela publica, solo digo que los ricos quieren comodidades demasiadas exquisitas para el fin que persigue el estado con la escuela por lo que las escuelas privadas se ocupan de esa parte de la población con una mínimo gasto para la Nación (debería ser).

      Las universidad es otro tema ya que el Estado debe poner el acento sobre las publicas mientras que las privadas nunca llegaran a tener el potencial de las publicas por que la comodidad implica muchos menos alumnos y por lo tanto menos probabilidad de que salgan grandes desarrollos de allí; una publica tienen muchos alumnos y el apoyo total del estado por lo que la porobabilidad de que salgan buenos desarrollos con el tiempo es mas alta.

    • En china pasará lo que pasó en europa y america el siglo pasado, los trabajadores exigirán más derechos, un mejor sueldo y reduccion de jornada de trabajo. Es verdad que en china hay zonas que viven en gran abundancia pero una gran parte pasa hambre y vive en la pobreza. El problemas de la mezcla de esos 2 sistemas esque hacreado un sector de la sociedad privilegiado que vive con gran comodidad y otro que vive en la pobreza. En la teoria el comunismo se basa en la igualdad de derechos (entre otras muchas cosas) y ni una sola se cumple en la práctica

    • Posiblemente es como otros tantos desarrollos entrarán en la industia en 10 o 15 años, o posiblemten nunca pasen del alboratorio, actualmente radico en china y me perdonas pero tu comentario es el resultado del desconocimiento de política, economía y ciencia, cuando no sabes algo es mejor callar.

  2. Si si, la explicación de las tierras raras se agradece, el hecho q en la tabla periódica salgan corridas tb tiende a confundir un poco (serán elementos de otro planeta ? jajaja).
    Saludos

  3. Es muy loable lo que hacen los chinos en éste ámbito, pero debemos tomar en cuenta que la explotación de las tierras raras por el momento es un proceso contaminante. Efectivamente China es el mayor productor de tierras raras en el mundo y posee cerca del 97% de dichos recursos, pero también se debe tener mucho cuidado en su explotación, por lo mismo a los chinos no les interesa mejorar el proceso de extracción, sino sólo sacar la mayor cantidad de dichos minerales y tener la oferta controlada para aumentar los precios de los mienrales. Sin embargo Estados Unidos ya se dió cuenta de dicha problemática, no es que no quieran sacar los mienrales, lo que pasa es que la sociedad estadounidense los presiona a no contaminar. Para mostrar lo anterior sólo miren las fotos de las mians donde se extraen los mienrales, parecen hoyos lunares.

  4. Sin embargo lo anterior representa una gran oportunidad para la explotación de dichos elementos. Las "Tierras raras" tienen muchos usos que van desde el sector electrónico hasta el uso de productos militares (industria de especial interés para Estados Unidos), por lo que el gobierno estadounidense está lanzando una iniciativa para desarrollar la producción de su mina en California y dejar de depender del comercio y la limitación de las exportaciones por parte del gobierno chino. Otro asunto es que además se prevé que las minas que tiene China alcancen su límite productivo entre 2013-2015. Las tierras raras tienen otros minerales sustitutos, sin embargo no ofrecen la misma calidad que los productos elaborados con estos elementos. Será importante entonces que en un futuro se desarrolle una mayor I&D para poder mejorar el uso de los mienrales, por eso en mi comentario anterior aplaudo la labor de China, que a pesar de ser un país socialista da de mucho que de que hablar en el ámbito económico con su gran crecimiento

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