fibra optica

fibra optica

La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consiste en un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede provenir de un láser o un diodo led.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de la radio y superiores a las de un cable convencional. Son el medio de transmisión por cable más avanzado, al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, y también se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión

La fibra óptica es una guía de ondas dieléctrica que opera a frecuencias ópticas.

Cada filamento consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido de silicio y germanio) con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor (plástico). Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de incidencia, se habla entonces de reflexión interna total.

En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias.

tipos:

Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se denominan modos de propagación. Y según el modo de propagación tendremos dos tipos de fibra óptica: multimodo y monomodo.

Fibra multimodo

Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 2 km, es simple de diseñar y económico.   

El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión.

Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:

• Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal.
• Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.

Fibra monomodo

Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de

Reflexión y refracción de la luz en transmisiones de fibra óptica

Sabemos que la transmisión de información a través de fibra óptica se realiza mediante la luz, pero antes de analizar la importancia que tienen los fenómenos de reflexión y refracción en la transmisión, vamos a ver la estructura de la fibra óptica.

En una manguera de fibra óptica, lo que primero que encontramos en su parte exterior, es una cubierta protectora de polietileno, similar a cualquier tipo de cable. A continuación, dependiendo de las condiciones en las que estará instalada la manguera, encontramos otras capas que le darán la rigidez y protección adecuada frente al medio. En la zona interior es donde se encuentran las fibras ópticas propiamente dichas, inmersas en un gel protector.

Cada una de estas fibras ópticas se compone de un núcleo rodeado completamente de un revestimiento, que está protegido por una cubierta plástica.

Tanto el núcleo como el revestimiento se componen de óxido de silicio (SiO2), que es uno de los materiales más abundantes en la tierra. Este es el mismo material que se emplea para la fabricación de los semiconductores. Al igual que en los semiconductores el SiO2 se dopa con impurezas.

El objeto de este dopaje es que núcleo y revestimiento tengan unas propiedades físicas distintas. El núcleo ha de tener un índice de refracción (n1) mayor que el índice de refracción (n2) del revestimiento. Cuando esto se produce, la luz se refleja de tal manera que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente, sin existir refracción. A este comportamiento se le denomina reflexión interna total.

Debido a que el núcleo está completamente rodeado por el revestimiento, se produce un avance de las ondas de luz sin pérdidas hacia el extremo contrario de la fibra. En una situación real van a existir pequeñas atenuaciones debido a que los materiales no son ideales y presentan una resistencia a la propagación de las ondas electromagnéticas. Estas atenuaciones son despreciables frente a las ocasionadas en las transmisiones electrónicas en el cobre.

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:

9 m de diámetro (monomodo)

50 micras de diámetro (multimodo)

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