Curso de comunicaciones por medio de fibra óptica

1. Dr. Ricardo Vázquez Morán

2. Resumen de TIR
Geométria de una F.O.
Apertura numérica.
Modos de la F.O.
Modos en que se propaga en el revestimiento
Radio efectivo del núcleo de una fibra monomodo
Diferencia relativa de índices de refracción.
Cuestionario.

3.  TIR
 La propagación de un haz luminoso por una fibra
óptica se produce, porque existen sucesivas
reflexiones dentro de la fibra, dichas reflexiones
son posibles gracias a un efecto que se denomina
reflexión interna total y la cual se produce en
ciertas circunstancias cuando un rayo de luz
incide en la superficie que separa dos medios
transparentes cuyos índices de refracción son
diferentes.
 Cuando el rayo resulta reflejado por completo
de vuelta hacia el medio 1 en la superficie de
frontera entre el medio 1 y medio 2, a esto se le
conoce como reflexión interna total sen θR = n2/n1

4. ❑ Una fibra óptica consiste de un filamento de
material transparente compuesto de una parte
central llamada núcleo (que es la que conduce la
luz), rodeado de un revestimiento que tiene un
índice de refracción menor y después una
protección externa llamada vaina o cubierta.
❑ Los rayos de luz que puedan penetrar en el núcleo
de la fibra desde el aire buscarán quebrar su
trayectoria hacia el eje de la misma, ya que están
pasando de un medio con bajo índice de
refracción hacia un medio con índice más elevado,
una vez que los rayos han penetrado el núcleo
sólo aquellos cuyo ángulo de incidencia respecto
a la normal (N) que separa el núcleo del
revestimiento se verán reflejados nuevamente al
núcleo y así por sucesivas reflexiones viajarán a lo
largo de la fibra.
N

5. ❑ La apertura numérica es el parámetro que
caracteriza a las fibras ópticas de salto de índice
se define como :
𝑁𝐴 = 𝑛1
2
+ 𝑛2
2
❑ siendo n1 y n2 los índices de refracción del
núcleo y de revestimiento de la fibra esta
apertura numérica se encuentra relacionada con
el ángulo de aceptación el cual está dado por:
𝑁. 𝐴. = 𝑠𝑒𝑛Θ𝐴
❑ si tomamos toda el área que es posible bajo el
ángulo de aceptación podemos construir un cono
virtual de aceptación. Qué es una región
tridimensional y que define toda el área capaz
de cumplir con la reflexión interna total.

6.  Los rayos de luz pueden propagarse
por una fibra óptica siguiendo varios
caminos siempre y cuando se cumpla
con los límites impuestos por la
apertura numérica, cada uno de estos
caminos se denomina modo de
propagación, aquellos rayos que se
propagan con pequeños ángulos
respecto del eje de la fibra se
denominan modos de bajo orden, los
que siguen una trayectoria con
ángulos grandes se llaman modos de
orden elevado.
𝑉 = 𝜋 𝑁𝐴 𝑑/𝜆
Índice escalonado
Índice gradual 𝑁 = 𝑉2
/4
𝑁 = 𝑉2/2
Frecuencia
normalizada
Número de modos

7.  El número de modos que puede
propagarse corresponde al número de
diferentes caminos que un Rayo de luz
puede seguir para viajar a través de la
fibra, depende principalmente del valor
de la apertura numérica y obviamente
también del diámetro del núcleo de la
misma, para valores grandes del diámetro
y con una aceptancia pequeña el cono de
aceptación debe de ser grande es decir
más cantidad de luz que pueda acoplarse
a la fibra y en consecuencia habrá un gran
número de caminos para la propagación
cumpliendo la TIR.

8.  Muchos fabricantes de fibra óptica
p.e; monomodo suelen especificar por un lado el diámetro del
núcleo real y por otro el diámetro modal o el diámetro de
campo modal que corresponden en forma aproximada a un
valor del diámetro equivalente el cual contiene la mayor
parte de la luz que se propaga.
donde definimos el radio efectivo del núcleo de una fibra
óptica monomodo como el radio dentro del cual está
contenido el 95% de la energía transportada por la luz y el
cual está dado por la siguiente expresión:
𝑟𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 ≈
2.6
𝑉
. rreal
 Datasheet de las F.O para la identificación de parámetros

9.  Algunos fabricantes suelen dar como parámetro de una fibra
óptica la diferencia relativa de índices de refracción entre el
núcleo y el revestimiento esto es: 𝛿 % =
𝑛1−𝑛2
𝑛1
. 100