Hitos de la fibra óptica
1950s: Invención del LASER. Fundamental para conseguir alcances elevados y velocidades elevadas
1970s: Fibra óptica de baja atenuación. Imprescindible para conseguir alcances elevados
1980s: Amplificador de fibra óptica. Permite llegar a grandes distancias sin tener que regenerar la señal
1990s: Rejillas de Bragg en fibra. Reducen el costo de los dispositivos que separan diferentes longitudes de onda
Velocidad de la luz
La velocidad de la luz en el vacío es la constante universal c (299.792,458 Km/s). En cualquier otro medio la luz va más despacio.
Generalmente cuanto más denso el medio menor la velocidad.
Índice de refracción
El índice de refracción de un material es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (constante c) y la velocidad en ese material. Se representa por n. No tiene unidades y siempre es igual o mayor que 1.
En el caso del vidrio eligiendo la composición se puede variar ligeramente la densidad y por tanto el índice de refracción.
Refracción de la luz
Cuando un haz de luz pasa de un material a otro de distinto índice de refracción el haz se ‘dobla’. El ángulo de desviación depende de la relación entre el índice de refracción de ambos materiales.
A partir de un cierto ángulo el haz se refleja en la superficie de separación, como si ésta fuera un espejo. Este se conoce como el ángulo crítico.
El ángulo crítico es mayor cuanto menor es la diferencia en el índice de refracción de ambos materiales
Ángulo crítico
Refracción ordinaria
Reflexión total
Ángulo menor que el ángulo crítico
Ángulo mayor que el ángulo crítico
Vidrio
n=1,46
Agua
n=1,33
Vidrio
Agua
Vidrio
Agua
66º
Fibra Multimodo (MMF)
Cubierta
125 ?m
Núcleo
50 ó 62,5 ?m
Estructura y transmisión de la luz en la fibra óptica multimodo
Pulso
entrante
Pulso
saliente
SiO2
SiO2
GeO2
Estos haces no rebotan y se pierden porque su ángulo es menor que el ángulo crítico
+
Angulo crítico: 85º (aprox.)
LED de luz normal
El núcleo se dopa con 4-10% de GeO2 para aumentar su densidad y con ello su índice de refracción
Propagación de la luz en f.o. multimodo
En fibra multimodo la luz se propaga en forma de haces, llamados modos, que se transmiten rebotando en la separación entre el núcleo y la cubierta. La distancia entre rebotes ha de ser un número entero de longitudes de onda, esto produce que el número de modos sea bastante reducido
Pérdida de luz por un doblez en la fibra
Pérdida de luz por una irregularidad en la fibra
Propagación de la luz en f.o. multimodo
En caso de dobleces excesivos o irregularidades de la fibra algunos modos incidirán con un ángulo inferior al crítico y se perderán:
Fibra Monomodo (SMF)
Núcleo
8-10 ?m
(SiO2+GeO2)
Cubierta
125 ?m
Estructura y transmisión de la luz en la fibra óptica monomodo
SiO2
Pulso
entrante
Pulso
saliente
LED de luz láser
Propagación de la luz en f.o. monomodo
En la fibra monomodo el diámetro es tan pequeño que el núcleo se comporta como una guía de ondas. Podemos imaginar que el haz tiene el mismo diámetro que el núcleo y viaja por él como si fuera un pistón.
En realidad en la fibra monomodo una parte de la luz viaja por la cubierta:
Índice de refracción de la fibra monomodo Corning SMF-28
0,36%
Núcleo
Estructura de una fibra óptica monomodo
El GeO2 aumenta la atenuación de la fibra. Por eso se intenta poner tan poco dopante como sea posible.
Esto provoca que la diferencia de índice de refracción entre el núcleo y la cubierta sea muy pequeña, sobre todo en fibras monomodo.
Por consiguiente el ángulo crítico es muy grande, es decir la luz que viaja por el núcleo ha de incidir en las paredes de forma muy oblicua para que rebote.
Si la fibra se dobla mucho el haz no rebota, se escapa y la atenuación aumenta. Por eso la instalación de fibra tiene unos requerimientos estirctos en el radio de curvatura
n=1,4682 (1550 nm)
n=1,4629
(1550 nm)
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