FIBRAS ÓPTICAS1 - Universidad Nacional de Tucumán

FIBRAS ÓPTICAS
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Cátedra de OPTOELECTRÓNICA
Universidad Nacional de Tucumán
La fibra óptica es un medio de
transmisión empleado habitualmente en redes de
datos; 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 núcleo 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
ser láser o un LED.
FUNCIONAMIENTO
• REFLEXIÓN TOTAL INTERNA
Rayo de luz propagándose en un medio con
índice de refracción n1 incidiendo con un
ángulo ϴ1 sobre una superficie de un medio
de índice n2 con n1>n2, puede reflejarse
totalmente en el interior del medio de mayor
índice de refracción.
REFLEXIÓN TOTAL INTERNA
REFLEXIÓN TOTAL INTERNA
• Este fenómeno se da, cuando el ángulo de
incidencia de la luz supera cierto valor crítico.
Ley de Snell:
APERTURA NUMÉRICA
ÁNGULO DE ACEPTACIÓN
• Angulo de aceptación es el angulo máximo medido
desde el eje de la fibra para el cual el rayo incidente
experimenta reflexión total.
• La apertura númerica es un número adimensional
que esta dado por el seno del ángulo de aceptación
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
1). Fibras ópticas monomodo:
• Sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una
trayectoria que sigue el eje de la fibra.
• Tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud
que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten.
• Este tipo de fibras ofrecen la mayor capacidad de transporte
de información: banda de paso del orden de los 100 GHz/km.
• Diámetro del núcleo: 10um.
• Diámetro del revestimiento: 125um.
2). Fibras ópticas multimodo:
• Una fibra multimodo es aquella en la que los haces
de luz pueden circular por más de un modo o
camino.
• Las fibras multimodo se usan comúnmente en
aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km; son
simples de diseñar y económicas.
• Dependiendo el tipo de índice de refracción del
núcleo, las fibras multimodo se clasifican de dos
maneras:
a) FIBRAS MULTIMODO DE ÍNDICE GRADUAL
b) FIBRAS MULTIMODO DE ÍNDICE ESCALONADO
a). Fibras ópticas multimodo de índice escalonado:
• En estas fibras, el núcleo está constituido por un
material uniforme cuyo índice de refracción es
constante en toda la superficie cilíndrica y
claramente superior al de la cubierta que lo rodea.
• Diámetro del núcleo: 100um.
• Diámetro del revestimiento: 140um.
2). Fibras ópticas multimodo de índice gradual:
• Su principio se basa en que el índice de
refracción en el interior del núcleo no es único
y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia
la cubierta.
• Diámetro del núcleo: 50um.
• Diámetro del revestimiento: 125um.
MECANISMOS DE ATENUACIÓN
• Reflexión de Fresnell: Pérdida de energía debido
al salto del índice entre el núcleo y el medio.
• Dispersión de Rayleigh: Pérdida de energía por
variación de la densidad de concentración de
impurezas, burbujas en el material, fisuras, etc.
• Absorción de radicales OH: Producto del proceso
de fabricación. Se obtienen tres ventanas de baja
atenuación: 850-1300-1550nm.
CURVA DE ATENUACIÓN TOTAL EN
SILICIO
ANCHO DE BANDA: Mecanismos
limitadores
1.Dispersión modal.
2.Dispersión Cromática.
DISPERSIÓN MODAL
• CAUSAS:
a) Los diferentes modos de propagación recorren
diferentes caminos ópticos.
b) La velocidad de propagación es función de la
relación c/n.
• SOLUCIONES:
a) Usar índice gradual.
b) Usar fibras monomodo
DISPERSIÓN CROMÁTICA
•
CAUSAS:
a)
a)
•
DISPERSIÓN DEL MATERIAL:
El índice “n” es función de la longitud de onda.
Las fuentes ópticas no transmiten una sola long. de onda.
La dispersión es casi nula cerca de los 1300nm.
DISPERSIÓN DE GUÍA DE ONDAS:
Los índices de refracción del núcleo y del revestimiento tienen
diferente dependencia con la longitud de onda.
Es generalmente despreciable frente a la dispersión del
material.
SOLUCIONES:
a)
b)
Usar fuentes ópticas de buena calidad de pureza espectral
(láser)
Usar repetidores y/o filtros en al recepción para conformar la
señal.