Fibra óptica
1) Fibra óptica monomodo
2) Fibra óptica multimodo
3) Reflexión. Refracción. Índice refractivo.
4) Core/Cladding. Apertura numérica.
2) Fibra óptica multimodo
3) Reflexión. Refracción. Índice refractivo.
4) Core/Cladding. Apertura numérica.
Respuestas
1) Fibra óptica monomodo.
La fibra de monomodo permite una mayor capacidad para transmitir la información porque puede retener la fidelidad de cada pulso de luz a grandes distancias sin la dispersión causada por los múltiples modos. Además, la fibra de monomodo presenta menor atenuación de la fibra que la multimodo, por tanto, se puede transmitir más información en menos tiempo.
Una clase importante de fibra monomodo es la fibra con polarización fija (PMF o Polarization-maintaining fiber). Todas las otras fibras ópticas monomodo que hemos mencionado hasta ahora pueden transportar luz polarizada de forma alterna. La fibra con polarización fija está diseñada para propagar solo una polarización de la luz de entrada. Esto es relevante si hablamos de componentes como moduladores externos que requieren una entrada de luz polarizada.
Esta fibra tiene una característica no vista en otro tipos de fibra. Además del núcleo, existen 2 círculos adicionales llamadas barras de tensión. Como su nombre lo dice, estas barras de tensión crean tensión en el núcleo de la fibra, de tal manera que es favorecida la transmisión de sólo un plano de polarización de luz. Las fibras monomodo experimentan no linealidades que pueden afectar el funcionamiento del sistema.
2) Fibra óptica multimodo.
La fibra de multimodo, la primera en ser comercializada y fabricada, es la fibra en la que muchos modos o rayos de luz son llevados simultáneamente a través de una guía de ondas.
Se dice que son modos debido a que la luz solo se propagará en el núcleo de la fibra en ángulos que estén dentro del cono de aceptación.
Este tipo de fibra tiene un diámetro nuclear mucho más grande, comparado con las fibras de monomodo, lo que permite una gran cantidad de modos y además son más fáciles de conectar. Las fibras multimodo pueden clasificarse en fibras de índice escalonado o fibras de índice gradual.
Debido a que el índice de refracción del núcleo es más alto que el índice de refracción del revestimiento, la luz que entra en un ángulo menor que el ángulo límite se refracta a lo largo de la fibra.
Hay tres ondas de luz diferentes viajan a través de la fibra:
Un modo viaja por el centro del núcleo.
Un segundo modo viaja en un ángulo agudo y rebota por la reflexión interna total.
El tercer modo sobrepasa el ángulo límite y se refracta hacia el revestimiento.
El segundo modo viaja a distancias más largas que el primer modo, causando que los modos lleguen en tiempos distintos. Esta disparidad entre los tiempos de llegada de los diferentes haces de luz se conoce como dispersión y el resultado es una señal confusa en el extremo receptor. Sin embargo, es importante destacar que la alta dispersión es una característica inevitable de la fibra multimodo de índice escalonado. En la fibra multimodo de índice gradual, el índice de refracción del núcleo disminuye gradualmente a medida que se aleja del centro del núcleo. La refracción aumentada en el centro del núcleo baja la velocidad de algunos haces de luz, lo que permite que todos los rayos de luz lleguen al otro extremo al mismo tiempo, reduciendo la dispersión.
Debido a que el índice de refracción del núcleo es más alto que el índice de refracción del revestimiento, la luz que entra en un ángulo menor que el ángulo límite se refracta a lo largo de la fibra.Hay tres ondas de luz diferentes viajan a través de la fibra:
Un modo viaja por el centro del núcleo.
Un segundo modo viaja en un ángulo agudo y rebota por la reflexión interna total.
El tercer modo sobrepasa el ángulo límite y se refracta hacia el revestimiento.
El segundo modo viaja a distancias más largas que el primer modo, causando que los modos lleguen en tiempos distintos. Esta disparidad entre los tiempos de llegada de los diferentes haces de luz se conoce como dispersión y el resultado es una señal confusa en el extremo receptor. Sin embargo, es importante destacar que la alta dispersión es una característica inevitable de la fibra multimodo de índice escalonado. En la fibra multimodo de índice gradual, el índice de refracción del núcleo disminuye gradualmente a medida que se aleja del centro del núcleo. La refracción aumentada en el centro del núcleo baja la velocidad de algunos haces de luz, lo que permite que todos los rayos de luz lleguen al otro extremo al mismo tiempo, reduciendo la dispersión.
3) Reflexión. Refracción. Índice refractivo.
El núcleo de una fibra óptica convencional es un cilindro de vidrio o plástico que se ejecuta a lo largo de la longitud de la fibra. El núcleo está rodeado por un medio con un índice de refracción menor, típicamente un revestimiento de un cristal diferente, o de plástico. la luz que viaja en el núcleo refleja desde el límite núcleo-revestimiento debido a la reflexión interna total, siempre y cuando el ángulo entre la luz y el límite es menor que el ángulo crítico. Como resultado, la fibra transmite todos los rayos que entran en la fibra con un ángulo suficientemente pequeño al eje de la fibra. El ángulo límite se llama el ángulo de aceptación, y los rayos que están limitados por el límite entre el núcleo / revestimiento se llaman rayos guiadas.
REFLEXIÓN: LEYES
Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión" :
1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado.
2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. (Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el plano del papel, el reflejado estará en ese plano y no se irá ni hacia adelante ni hacia atrás).
La luz se refleja tambien en las superficies que no son lisas pero lo hace originando rayos que no son paralelos entre sí. Cada rayo del haz cumple las leyes de la reflexión, pero como la superficie es irregular las normales no son paralelas entre sí y, en consecuencia, los rayos reflejados no rebotan paralelos entre sí y la luz sale difusa. Gracias a que la luz que se refleja en nuestra cara es difusa se nos puede ver, si no deslumbraríamos.
Refracción
Se dice que un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:
1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.
2.-Se cumple la ley de Snell: sen i / senr=v1 / v 2 y teniendo en cuenta los índices de refracción: n1 sen i=n2 sen r.
Con un sencillo punteo láser y un prisma de cristal dentro de un recipiente que tiene agua con unas pocas gotas de leche, puedes ver la trayectoria de rayo de luz dentro del agua al reflejarse y refractarse. Observa que siempre que hay reflexión hay refracción.
INDICE DE REFRACCIÓN
Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío "c" y la velocidad que tiene la luz en ese medio "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad y es una constante característica de cada medio: n=c/v.
Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1. En el applet de esta práctica se manejan estas relaciones.
Luz (onda electromagnética ):
Ondas de Sonido :
4) Core/Cladding. Apertura numérica.
Core:
El núcleo de una fibra óptica convencional es un cilindro de vidrio o plástico que se ejecuta a lo largo de la longitud de la fibra. El núcleo está rodeado por un medio con un índice de refracción menor, típicamente un revestimiento de un cristal diferente, o de plástico. la luz que viaja en el núcleo refleja desde el límite núcleo-revestimiento debido a la reflexión interna total, siempre y cuando el ángulo entre la luz y el límite es menor que el ángulo crítico. Como resultado, la fibra transmite todos los rayos que entran en la fibra con un ángulo suficientemente pequeño al eje de la fibra. El ángulo límite se llama el ángulo de aceptación, y los rayos que están limitados por el límite entre el núcleo / revestimiento se llaman rayos guiadas.
El núcleo se caracteriza por su diámetro o área de sección transversal. En la mayoría de los casos sección transversal del núcleo debe ser circular, pero el diámetro se define más rigurosamente como el promedio de los diámetros del círculo más pequeño que puede ser circunscrito sobre el límite entre el núcleo-revestimiento, y el círculo más grande que puede ser inscrito en el núcleo-revestimiento límite. Esto permite que las desviaciones de la circularidad debida a las variaciones de fabricación.
Otra estadística comúnmente citada para el tamaño del núcleo es el diámetro del campo modal. Este es el diámetro en el que la intensidad de la luz en la fibra cae a una fracción determinada de máximo (por lo general 1 / e2 ≈ 13,5%). Para fibra de modo único, el diámetro del campo modal es mayor que el diámetro físico de la central, porque la luz penetra ligeramente en el revestimiento como una onda evanescente.
Los tres tamaños de núcleo más comunes son:
1) 9 m de diámetro (monomodo)
2) 50 micras de diámetro (multimodo)
3) 62,5 m de diámetro (multimodo)
Cladding
Revestimiento es una o más capas de materiales de inferior índice de refracción, en contacto íntimo con un material de núcleo de mayor índice de refracción. Las causas de revestimiento ligero para ser confinado al núcleo de la fibra por la reflexión interna total en el límite entre los dos. Propagación de la luz en el revestimiento se suprime en fibra típica. Algunas fibras pueden soportar modos de revestimiento en la que la luz se propaga en el revestimiento, así como el núcleo. (De 1037C Norma Federal y de MIL-STD-188)
La apertura numérica de una fibra es una función de los índices de refracción del revestimiento y el núcleo por:
{\ Displaystyle \ mathrm {NA} = {\ sqrt {n _ {\ mathrm {núcleo}} ^ {2} -n _ {\ mathrm {revestido}} ^ {2}}}}
La mayoría de las fibras de vidrio tienen un revestimiento que aumenta el diámetro exterior total de 125 micras
