Fibra óptica y LEDs

[nxtorm]

Hace ya mucho que vi esta original forma de construir sensor de luz en barrera en la página de Philo. En ese enlace, podrás ver la siguiente foto de cómo la monta:



Desde entonces que la puse en el punto de mira, buscando fibra óptica allá donde podía, preguntando... Llegué a encontrar algún proveedor asequible, dado que suelen vender por bobinas de muchos metros y no era mi caso.

El otro día, y gracias a que le voy pillando el truco a Bricklink, me arriesgué a comprar un trozo de esta fibra de 25L por algo más de 2€ para probar.


enlace BL

Podéis encontrar un listado completo de sets en los que aparecen estas "fibras ópticas" en Peeron

Bueno, pues tanto ver "fibra óptica", electric nosequé, etc y cuando llega a casa... es un trozo de tubo de plástico macizo!!!!   ;O  ;O  ;O La fibra óptica es otra cosa, esto es un tubo de plástico macizo!!  ;(  Haré pruebas, porque imagino que vale casi cualquier otro tubo de plástico macizo, pero bueno. Si alguien sabe del tema o tiene opción de hacer pruebas, que cuente. Cualquier info será bienvenida...  o_o

Bueno, pasada la indignación, me he puesto a probar Y EL RESULTADO ES ESTE:



Como podéis ver, se puede dirigir el haz de luz (ese que viaja en línea recta como aprendimos en el cole) como si fuera el agua por una manguera. Un éxito.

Para ello, simplemente he usado un ladrillito de esos con LED incorporado:



Y aquí el tubito de marras junto al ladrillo-LED:



Ya investigaré más a ver si consigo ese tubo a metros y barato y sobre todo, si funciona. También para subirlo a mi web, que no está. Esta vez es primicia en HL  :}

Se me ocurre alguna aplicación:

- Sensor de luz en barrera (ver web de Philo).
- Contador de bolas GBC (ver la misma web)
- Iluminación de cualquier punto de un diorama, controlando la iluminación LED con el NXT
- ¿Iluminación de farolas?...
- Fotografía artística de viñetas...

Pese al precio, es un gran avance, pero es el inicio. Seguiré probando y buscando cosas. ¿a qué mola?  :D

[Sehjo]

El tubo de plástico macizo es el revestimiento,no? En el centro tiene que llevar un hilo de fibra óptica sí o sí, para poder dirigir la luz como lo hace. Tendrá unas pocas micras de diámetro, no más.

[Parda]

Creo que Sehjo tiene razón, a pesar del plástico, es fibra óptica, o eso quiero creer yo, he encontrado un hilo en el que se comenta...

http://www.eurobricks.com/forum/index.php?showtopic=27510

[zyrus]

Pues queda chulisimo!!! Y con cientos de aplicaciones. Muchas gracias por la info.

[Sehjo]

Si en las fotos se ve la fibra por dentro del tubo,no? O es un efecto óptico. Pero ya te digo que tiene que estar, para poder transmitir la luz aunque dobles el tubo, tal que así:



Pero oye, el resultado mola mucho. Podemos hacer un GBC nocturno  xD

[nxtorm]

jjaja, ya lo creo que sí...

Me refiero a que sí mola y a que sí GBC nocturno  :D

Y respecto a lo que decís, pues yo no lo veo por ninguna parte, ni siquiera en los extremos. Y lo he mirado con una lupa que tengo, pero no veo nada. Y en el interior tampoco se ve ningún hilillo central... no se... no digo que no lo lleve, pero yo no lo veo.

¿no hay forma de hacerlo sin núcleo? Yo sospecho que sí y me explico: es a costa de perder mucha luz por el camino. Por eso no hay aplicaciones profesionales que lo hagan así, pero para aplicaciones de juegos, creo que vale. En mi foto se aprecia cómo todo el cable está ligeramente iluminado (pérdidas).

En el hilo que comenta Parda y que he visto muy por encima parece que confirman esto, pero lo leeré con más calma. A ver si salimos de dudas. Esto es muy prometedor.

[Legorocky96]

Vaya! El resultado final me parece envidiable. Esto ademas habre muchisimas posibidades. No solo la iluminacion del gbc sino tambien poder hacer coches a tamaño minifigs con luces delanteras y traseras, Usar el sensor de luz a mucha distancia (¿Esa la idea de philo?), iluminar dioramas en cualquier parte...

Me parece utilisimo.

[nxtorm]

Sí, la verdad es que las aplicaciones pueden ser muchas.

Usar el sensor de luz a mucha distancia (¿Esa (es) la idea de philo?)

No exactamente. Mira un ejemplo que Philo pone en su web es este, un contador de bolas GBC:



Si no se ve bien, en la web de Philo está más grande. Parda, Sehjo y demás amantes del GBC, no perdáis detalle  o_o

La función de la fibra óptica (la llamaremos así hasta que se demuestre lo contrario  :D) es "conducir" la luz del sensor, pero luego hay que iluminar el receptor del propio sensor. Si lo pones muy lejos, como la potencia de la luz transmitida es muy débil, el receptor del sensor ni se enterará. Pero bueno, esto (de momento) no lo he probado.

Otra cosa distinta es que lo que quieras sea simplemente llevar luz a algún punto concreto (como en mi foto del principio o la que viene ahora). En eso imagino que podrás alargar la cosa. Eso sí, teniendo en cuenta que cuanto más lejos, más pérdidas de luz. En esta foto que acabo de hacer se aprecia bien que todo el tubo está iluminado (pérdidas o fugas).



Eso es lo que me lleva a pensar que no hay núcleo (ya digo que no estoy seguro) y probaré también con leds de otros colores a ver, pero imagino que funcionará igual. Por cierto, estoy emocionado con las fotos, salen espectaculares...  :}

[spawtadeus]

Tras haber trabajado un poco la fibra óptica me aventuro a intuir que no hay nucleo, y justifico mi respuesta: si hubiera nucleo no se podría doblar el tubo en exceso, ya que eso provocaría la rotura del mismo y se vería un punto con mucha mayor luminosidad donde el nucleo estuviera roto. Dado que, al fin y al cabo, es un juguete, dudo mucho que hayan empleado fibra optica ya que eso limitaría mucho la flexibilidad.

Por otro lado, veo que no hay una conexión directa con el led, es decir, hay un espacio entre el emisor y la fibra. Ese caso con la fibra optica es inviable, el emisor y el medio tienen que estar en contacto directo, de hecho, normalmente los conectores tienen en su interior una pequeña cantidad de un liquido viscoso (que no recuerdo ahora su nombre) para que no haya aire entre la fibra y el emisor.

Personalmente creo que ese tubo se trata de nylon, su comportamiento es muy similar a la fibra optica, pero no tiene las desventajas que acabo de explicar, su desventaja es, como bien dice nxtorm, la cantidad de perdidas que tiene, lo cual no lo hace viable para grandes distancias, eso si, cuando digo grandes distancias me refiero a varias decenas de metros.

Nos sorprenderian las capacidades del nylon en cuanto a distancia siempre que cuidemos el punto de conexión, que es donde mayores perdidas se producen (yo probaría con un poquitín de lubricante de base aquosa)

Espero haberme explicado bien, y repito que me baso en la intuicion, ya que no lo he visto fisicamente, pero su comportamiento me lleva a pensar eso

Saludos!

[Sehjo]

Te has explicado perfectamente y tienes toda la razón en lo del nucleo  ;)

[adriaaa]

Supongo que es lo mismo que sucede con las bombillas convencionales, per usando vidrio como conductor y transmitiendo la luz.
Las fotografias a oscuras quedan muy bien, es algo distinto y vistoso.

Con eso te puedes hacer los adornos del árbol de navidad, y vas a necesitar un sólo led  xD.

[pulipuli]

Siento llegar tarde :)

Cualquier tubo transparente en la práctica se comporta como la fibra óptica. El diagrama que pinta Sehjo arriba ilustra como la luz rebota en los bordes y gracias a eso se conduce la luz como una manguera. Nuestra "fibra óptica LEGO" es un plástico normalito flexible, ni siquiera es nylon.

Lo que se conocecomo fibra óptica es un hilo finísimo (más fino que un pelo) con unos añadidos de diseño para minimizar las pérdidas y maximizar el margen de trabajo estable. En realidad, en ese espacio tan pequeño se añaden capas de diferente índice de reflexión para mejorar más aún su conductividad lumínica y reducir las pérdidas. De ahí al cable de fibram que conocerá quien tenga acceso a Internet por fibra en casa, hay unas capas de pintura y recubrimientos específicos para el uso que se le quiera dar al cable (antiroedores, antihumedad, ignífugo, resistencia a la tracción...). Amén de todo eso, hay fibras de distintos comupestos para distintos usos, como puede ser la fibra usada en interior que aguanta radios de giro muy pequeños sin que haya pérdidas significativas (cuanto más se dobla, más pérdidas hay).

Aparte este rollo técnico, y volviendo al principio, todo tubo transparente se comporta del mismo modo, por lo que da igual que tengamos un cable de nylon, de fibra, de plástico, de vidrio, etc.
Incluso nos sirve con cualquier lámina transparente, ya sea de vidrio, metacrilato, plástico o lo que sea: si aplicas luz en un extremo, irá "rebotando" entre ambas capas transmitiendo la mayor parte de la energía de un extremo a otro.

Un cable como el tubito de "fibra óptica" de LEGO transmite en torno al 80% de la potencia lumínica, y eso ya es mucho. Lo habitual es usar los LEDs de los bricks luminosos... pero eso sólo es un LED caro. Un LED normal con una resistencia para conectarlo a una pila/alimentador PF/etc. nos costará apenas unos céntimos incluyendo el cable. Para los más frikis, se puede aumentar la potencia de luz transmitida limando y puliendo la parte semiesférica de la cabeza del led (sin llegar al "cablecico" donde se genera la luz). Esa semiesfera no es sino una lupa difusora para sacar un "cono" de luz... hay leds de 90º, 60º, 45º, 30º, etc. Para poder transmitir mediante nuestra "fibra" casera, nos interesa que sea plano, que la superficie esté pulida y que vayan bien enfrentados led y fibra. Yo he limado muchas veces la cabeza del LED para hacerla plana y luego la he pulido a conciencia para aumentar la directividad (OJO, sólo vale si después de limar se pule). Con eso se mejora mucho la potencia lumínica al reducir la cantidad de luz que se pierde en el emisor. Eso es práctico cuando lo usamos para iluminación. En las uniones reales de cables de fibra (se hacen por fusión, mecánicas o conectorizadas) o en los conectores, no se emplean elementos de contacto (vaselinas, geles acuosos...), y sin embargo si que es de vital importancia el pulido y la alineación del haz de luz (para que el nucleo de ambos pelos de fibra estén lo más alineados posibles).

Un consejo sobre empalmes... y uso ejemplos de fibra óptica real: Las pérdidas producidas por un empalme mecánico de fibra "bien hecho" son las mismas que las que se producen en 2 km de fibra, y si el empalme es de fusión (el mejor posible, uniendo ambos pelos) las pérdidas son equivalentes a 1km de fibra. Un empalme mecánico (fibras enfrentadas) con fibra sin pulir, introduce las mismas pérdidas de potencia que varios km de cable de fibra. Vale que nuestros tubitos tienen más pérdida que una fibra óptica transmitiendo luz modulada con láser pero, aún así, de ahí se sacan tres conclusiones:
1.- los empalmes son el punto más crítico (evitarlos)
2.- el emisor es un empalme entre un LED y el tubito, mejorándolo se consigue mucho
3.- la longitud del tubo no es realmente crítica, siempre que el tubo sea de una pieza.

A esto se suma que la reflexión se ve muy afectada en las curvas de la fibra... si tenéis contratado Internet con Fibra podéis probar a doblar el cable (y eso que los que se usan son "fibras de plástico" que resisten bien el doblado) y veréis que se corta. Evitar los ángulos bruscos y en su lugar tirar más hacia curvas suaves ;)

Al final, si se quiere que la luz "abulte" (que cubra una superficie mayor que el puntito de la fibra), hay que poner en contacto el tubo con algún plástico transparente, como un round plate 1x1, y así la luz "se extiende" dando sensación de que hay más luz. Nuevamente, que estén alineados, en contacto, etc. Si ese round plate 1x1 transparente lo encajamos en otro ladrillo transparente mayor, parecerá más gordo aún el punto... aunque obviamente menos brilante. En realidad, la potencia de luz es la misma, pero se ve "un punto más gordo" que cuando lo que quieres es p.ej. iluminar el interior de un edificio, te viene bien que se difunda lo más posible. Si se quiere usar para iluminar p.ej. el interior de una locomotora o de un edificio, la luz que "sale" del tubito es más o menos un haz recto, por lo que iluminará muy enfocado en un punto delante del mismo. Si se quiere "difundir" esa luz, o bien le damos una forma semiesférica a la punta del tubo (como los LEDs, es el mismo efecto) para que difunda la luz en mayor radio (es algo difícil de hacer el la práctica) o bien lo terminamos en una superficie transparente de mayor tamaño (el round plate 1x1 que comentaba antes) para que la difusión sea mayor y no concentre toda la luz en un punto. Si estamos usando nylon, un truco muy socorrido es calentar "quemando" la punta y luego aplanarla contra una superficie dura (p.ej. contra el mismo mechero) con lo que se forma una gota aplastada justo en la punta, que hará el mismo efecto que el round plate.

Pero nosotros no queremos transmitir dos o tres longitudes de onda a varios kilómetros de distancia, ni nuestro origen será un láser, sino un vulgar LED o una lámpara de cualquier tipo... para esto nos basta con unas pocas pautas y un pelín de sentido común :D

1.- Basta con enfrentar el LED lo más recto posible con el tubo para maximizar la luz emitida. Si la cabeza del led va limada y pulida, mejor (solo si va pulida)
2.- La superficie del tubo debe estar bien pulida. Si está mal cortada, usar un cutter (preferiblemente nuevo) y hacer un corte perpendicular y limpio.
3.- Si lo que queremos es iluminar, o que la luz se vea, al final del tubo hay que poner un difusor, una pieza transparente de mayor tamaño
4.- Si queremos emitir MUCHA luz, olvidad el LED, y usad un halógeno dentro de una caja, como hacen los árboles de navidad de nylon. Con un solo halógeno de poca potencia se pueden iluminar cientos de estrellas en un cielo de pegote, o todas las farolas y semáforos de un diorama... sólo habrá que cablear con hilos de nylon hasta la caja donde esté la lámpara (tarea de chinos, eso sí)
5.- Para usarlo con Mindstorms, evitar los ángulos de giro muy bruscos del tubo de nylon para reducir las pérdidas que pueden generar errores (lo mejor es prueba y error) aunque para un cuentabolas, se ve en la foto de Philo como se puede retorcer con radios pequeñísimos sin que afecte.
6.- Si tenemos que "empalmar" tubitos porque no nos llega con uno, no es lo más deseable, pero para minimizar las pérdidas ambos extremos tienen que tener un corte limpio a 90º (si está pulido mejor) y ponerlas bien enfrentadas y en contacto entre sí. Para nuestros fines, basta con usar p.ej. un "brick 1x1 modified with 2 holes" o similar ;) no hay que darle más vueltas que esto no es microingeniería ;)
7.- Las pérdidas de luz por meter distancia son pocas, pero las pérdidas por meter empalmes son muchas, o por alinear mal el haz con el emisor.


Un ejemplo muy fácil de entender, y que facilitará el trabajo con fibra óptica a quien no la conozca: Esto se comporta más o menos como una manguera de goma de las de regar el jardín.
Podemos hacer la manguera muy larga sin apenas problemas.
Salvo que supiéramos soldar la manguera, si los empalmes los hacemos "caseros", enfrentando la manguera y sujetando a lo sumo con algo de cinta aislante, va a acabar goteando.
La unión con el grifo es preferible que sea "fetén" porque si simplemente los enfrentamos, se saldrá mucho agua aunque pongamos un poco de cinta aislante (en este caso "exagera" mucho el efecto, pero es real... con un led normal pierde un 50% de potencia de luz en el emisor).
El agua que salga por el extremo será un chorro que toca sólo en un punto, si queremos que salga más desperdigado, ponemos el dedo a modo de difusor (o compramos una boquilla difusora) para "poder regar todo el césped y no que caiga todo el agua en una sola maceta" ;)
Si doblamos la manguera, el agua perderá fuerza, y si la doblamos mucho, dejará de salir.



PD: Sorry, dejé el hilo escrito en el portátil ayer y le di a enviar... pero cerré rápido la tapa y hasta esta mañana que le he vuelto a dar no se ha llegado a enviar. Al menos no se ha perdido lo escrito ;) pero entre medias han aparecido algunos comentarios cruzados.

Edito: Como bien dice Spawtadeus, no lleva nucleo. Para que actue así sólo hace falta que sea un tubo transparente macizo, da igual el diámetro.  A mayor diámetro más pérdidas puede haber, pero en estos tamaños y para nuestro uso "de iluminación" son despreciables.

[Legorocky96]

Guau! Pulipuli gran explicaion. Me estoy animando a comprar algo de plastico y empezar a hacer manualidades. Una pregunta: ¿Como se puede dividirun haz de luz de un led en dos? Quiero decir para que ilumine dos puntos diferentes con un solo led.

Muchas gracias por las respuestas de todos. Esto es utulisimo!

[pulipuli]

La forma "purista" es usando un divisor óptico. Los divisores de fibra normalmente se forman "fundiendo" dos fibras entre sí y luego cortando una pata para que quede una "Y", de tal modo que la luz que entra por el lado de abajo sale por los dos. Obviamente, si metes una potencia de luz, lo que obtienes en cada salida es la mitad... y como hay pérdidas (p.ej. parte se fuga hacia atrás por la patita que has cortado), nunca llega a ser la mitad.

Otra forma de hacer un divisor es con un prisma, algo así como un trapecio triangular... también tiene muchas pérdidas (más que el divisor de fusión).

Pero para nosotros, para efectos prácticos, vamos a lo sencillo xD que no hay que hacer un arco de iglesia para esto ;). Lo normal será que el LED emisor lo pongas entre las dos fibras. Habrá un montón de pérdidas, vale, pero funciona perfectamente.

De todas formas, sabiendo que un LED con su resistencia y un trozo de cable cuesta del estilo de un brick 1x2... lo normal es poner el LED allá donde quieres iluminar y sólo se recurre al tubito de fibra si quieres ser purista, usar un ladrillo de luz estándar de LEGO y necesitas usar la fibra para llevar la luz del sitio donde pones el light brick al punto a iluminar.
En serio, las manualidades son divertidas y aprender alguna cosita de óptica no está nunca de más, te lo pasas pipa... pero no hay que intentar una solución de ingeniería para algo que puede resolverse de una forma más simple ;)

[spawtadeus]

Magnífica explicación Pulipuli, como siempre, solo difiero en unos puntos:

En realidad, en ese espacio tan pequeño se añaden capas de diferente índice de reflexión para mejorar más aún su conductividad lumínica y reducir las pérdidas.

No siempre es asi, aunque es el método que mayor velocidad permite dentro de las fibras multimodo, se conoce como fibra a gradiente de índice. También existe la fibra a salto de índice, en la cual no hay capas con diferente índice de refracción, y la luz se transmite rebotando por las paredes debido al cambio de medio (igual que sucede con el típico chorro de agua)

en los conectores, no se emplean elementos de contacto (vaselinas, geles acuosos...)

Existen conectores de rápida instalacion para fibras multimodo (usados para empalmes) que contienen una pequeña cantidad de gel en su interior que ayuda a minimizar las perdidas por imperfecciones del pulido, aunque probablemente ya estén en desuso

si tenéis contratado Internet con Fibra podéis probar a doblar el cable (y eso que los que se usan son "fibras de plástico" que resisten bien el doblado) y veréis que se corta.

Aqui puede que con los últimos avances ya sea asi, pero cuando me dedicaba a la instalación, (de eso hace ya mas de 5 años) lo que llegaba a casa del abonado era un cable coaxial, como el de la antena de la televisión, de hecho mi conexión a internet es así, pero es probable que sólo sea valido para conexiones de "baja velocidad". Probablemente con las conexiones de 50 ó 100 Megas la fibra sí que tenga que llegar al abonado.

Por todo lo demás la explicación que has dado es sublime y seguro que todos hemos aprendido algo, yo el primero

Saludos!