Comunicación óptica

Un «telégrafo de semáforos», también llamado «línea de semáforos», «telégrafo óptico», «cadena telegráfica de obturador», « telégrafo Chappe » o «semáforo napoleónico», es un sistema utilizado para transmitir información mediante señales visuales, utilizando torres con brazos pivotantes o persianas, también conocidas como paletas o cuchillas. La información se codifica mediante la posición de los elementos mecánicos y se lee cuando la persiana está en una posición fija. ^{[ 2 ] [ 6 ]}

Las líneas de semáforos fueron precursoras del telégrafo eléctrico . Eran mucho más rápidas que el correo a pie para transmitir mensajes a largas distancias, pero mucho más caras y menos privadas que las líneas de telégrafo eléctrico que posteriormente las reemplazarían. La distancia máxima que pueden cubrir dos estaciones de telégrafo de semáforos está limitada por la geografía, el clima y la disponibilidad de luz; por lo tanto, en la práctica, la mayoría de los telégrafos ópticos utilizaban líneas de estaciones repetidoras para cubrir distancias mayores. Cada estación repetidora también requería su propio equipo de operadores-observadores capacitados para transmitir mensajes de un lado a otro de la línea.

El diseño moderno de los semáforos fue previsto por primera vez por el polímata británico Robert Hooke , quien presentó un esquema vívido y completo de la telegrafía visual en una propuesta a la Royal Society en 1684. Su propuesta (motivada por preocupaciones militares tras la Batalla de Viena del año anterior) no se puso en práctica durante su vida. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

La primera línea de semáforos ópticos 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 extendía a lo largo de 4800 kilómetros (3000 millas) . Se utilizó para comunicaciones militares y nacionales hasta la década de 1850. 

Muchos servicios nacionales adoptaron sistemas de señalización distintos al sistema Chappe. Por ejemplo, Gran Bretaña y Suecia adoptaron sistemas de paneles con persianas (en contradicción con la afirmación de los hermanos Chappe de que las varillas angulares son más visibles). En España , el ingeniero Agustín de Betancourt desarrolló su propio sistema, que fue adoptado por el Estado. Este sistema fue considerado por muchos expertos en Europa, incluso en Francia, como superior al de Chappe.

Estos sistemas fueron populares a finales del siglo XVIII y principios del XIX, pero no pudieron competir con el telégrafo eléctrico y quedaron completamente fuera de servicio en 1880. ^{[ 1 ]}

Las banderas de semáforo son un sistema para transmitir información a distancia mediante señales visuales con banderas, varillas, discos, paletas o, en ocasiones, con las manos desnudas o enguantadas. La información se codifica mediante la posición de las banderas, objetos o brazos; se lee cuando estos se encuentran en una posición fija.

En el siglo XIX, los semáforos se adoptaron y se utilizaron ampliamente (sustituyendo los brazos mecánicos de los semáforos de persiana por banderas de mano ) en el ámbito marítimo. Todavía se utilizan durante el reabastecimiento en alta mar y son aceptables para la comunicación de emergencia durante el día o, utilizando varas luminosas en lugar de banderas, por la noche.

El sistema de señales con banderas más moderno utiliza dos mástiles cortos con banderas cuadradas, que un señalero sostiene en diferentes posiciones para transmitir letras del alfabeto y números. El transmisor sostiene un mástil en cada mano y extiende cada brazo en una de las ocho direcciones posibles. Excepto en la posición de reposo, 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 rojas y amarillas (las banderas Oscar ), mientras que en tierra son blancas y azules (las banderas Papa ). Las banderas no son obligatorias, simplemente hacen que los caracteres sean más visibles.

Las lámparas de señalización (como las lámparas Aldis) son dispositivos visuales para la comunicación óptica (generalmente mediante código Morse). Las lámparas de señalización modernas son lámparas de haz concentrado que producen un pulso de luz. En las versiones de mayor tamaño, este pulso se consigue mediante la apertura y el cierre de obturadores situados delante de la lámpara, ya sea a través de un interruptor de presión manual o, en versiones más recientes, de forma automática.

En las lámparas de mano, un espejo cóncavo se inclina mediante un disparador para enfocar la luz en pulsos. Estas 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 , aeronave sin radio o piloto con discapacidad auditiva. Los controladores de tráfico aéreo llevan mucho tiempo utilizando pistolas de señales luminosas para dirigir dichas aeronaves. La lámpara de la pistola emite un haz brillante y concentrado de tres colores: rojo, blanco y verde. Estos colores pueden ser intermitentes o fijos, y proporcionan distintas instrucciones a las aeronaves en vuelo o en tierra (por ejemplo, «autorizado para aterrizar» o «autorizado para despegar»). Los pilotos pueden confirmar las instrucciones moviendo las alas del avión, los alerones si están en tierra o haciendo parpadear las luces de aterrizaje o navegación durante la noche. Solo se utilizan 12 instrucciones estandarizadas sencillas para las aeronaves que utilizan pistolas de señales luminosas, ya que el sistema no emplea código Morse.

Un heliógrafo ( del griego Ἥλιος helios , que significa "sol", y γραφειν graphein , que significa "escribir") es un telégrafo solar inalámbrico que emite señales mediante destellos de luz solar (generalmente usando código Morse) reflejados por un espejo . Los destellos se producen al girar momentáneamente el espejo o al interrumpir el haz con un obturador.

El heliógrafo fue un instrumento sencillo pero eficaz para la comunicación óptica instantánea a larga distancia durante finales del siglo XIX y principios del XX. Sus principales usos fueron en el ámbito militar, la topografía y la protección forestal. Fue equipo estándar en los ejércitos británico y australiano hasta la década de 1960, y el ejército pakistaní lo utilizó hasta 1975. ^{[ 5 ]}

La fibra óptica es el tipo de canal más común para las comunicaciones ópticas. Los transmisores en los enlaces de fibra óptica suelen ser diodos emisores de luz (LED) o diodos láser . La luz infrarroja se utiliza con más frecuencia que la luz visible , ya que las fibras ópticas transmiten longitudes de onda infrarrojas con menor atenuación y dispersión . La codificación de la señal suele ser una modulación de intensidad simple , aunque históricamente se ha demostrado en laboratorio la modulación de fase y frecuencia ópticas. La necesidad de regeneración periódica de la señal fue superada en gran medida por la introducción del amplificador de fibra dopada con erbio , que extendió las distancias de enlace a un coste significativamente menor. La introducción comercial de la multiplexación por división de longitud de onda densa (WDM) en 1996 por Ciena Corp. fue el verdadero comienzo de las redes ópticas. ^{[ 9 ] [ 10 ]} La 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 del láser. ^{[ 14 ]}

El fotófono (originalmente llamado radioteléfono ) es un dispositivo de comunicación que permitía la transmisión de voz mediante 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, ubicado en el número 1325 de la calle 'L' en Washington, D.C. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Posteriormente, ambos se convirtieron en miembros de pleno derecho de la Volta Laboratory Association , creada y financiada por Bell.

El 21 de junio de 1880, el asistente de Bell transmitió un mensaje telefónico inalámbrico de considerable distancia, 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 a su nombre y las 12 que compartió con sus colaboradores, cuatro correspondían al fotófono, al que Bell se refería como su "mayor logro", declarando a un periodista poco antes de su muerte que el fotófono era "el mayor invento que he hecho jamás, superior al 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 la fuente y el destino, y el receptor óptico pueda decodificar de forma fiable la información transmitida. ^{[ 25 ]} Otros sistemas de 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 los cientos o miles de satélites, creando efectivamente una red de malla óptica espacial .

En términos más generales, la transmisión de señales ópticas no guiadas se conoce como comunicaciones ópticas inalámbricas (OWC). Algunos ejemplos son la comunicación por luz visible de alcance medio y la comunicación IrDA de corta distancia , que utiliza LED infrarrojos.