Tema 2: Resumen de conceptos básicos - SCO3 ITSELECT – Curso 06/07 – r1
Resumen de conceptos básicos del tema 2: El Canal
T2.3 Comportamiento modal
La propagación en espacio libre de la luz no está sujeta a interfases, por lo que la fuente de luz
fija la forma espacial de la onda (en qué puntos del espacio hay más y menos luz)
En la fibra óptica, la presencia de la interfase núcleo-cubierta fija la forma espacial del haz de luz.
El concepto intuitivo de “rayo” no es válido para saber cómo es esa forma espacial. El
electromagnetismo sin embargo demuestra que la luz adquiere una “forma” que es la suma de
infinitas soluciones posibles.
Cada una de estas soluciones es un modo, el que esa solución particular exista o no depende de
las “circunstancias”: de la geometría de la fibra óptica (radio del núcleo a) y su material (índices n1
y n2), así como de la longitud de onda de la luz (λ).
Cada modo presenta una constante de propagación (β) diferente. Se pueden similar diferentes
valores con diferentes ángulos de propagación de la luz.
Para saber qué modos (soluciones) se dan para un tipo de fibra y para una longitud de onda
dadas, hay que calcular la constante de propagación de cada uno. Sólo se “excitan” los modos
cuyo valor de β esté comprendido dentro de un rango de valores.
Para evitar los cálculos, se usa una herramienta gráfica: el diagrama b-V o diagrama de
dispersión. El parámetro V es la “frecuencia normalizada”, un resumen de las circunstancias (tipo
de fibra y λ), mientras que el parámetro b de “índice efectivo normalizado” presenta valores entre
0 y 1 para modos propagados.
V ≡ a ⋅ k ⋅ n12 − n22 = a ⋅
2 ⋅π
λ
⋅ AN = a ⋅
2 ⋅π
λ
⋅ n1 ⋅ 2 ⋅ Δ
Cada curva del gráfico representa indirectamente la constante de propagación b en función de las
circunstancias, para cada modo.
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El uso de este gráfico es muy sencillo: se calcula el valor de V, y se tira una línea vertical. El
número de cortes con las curvas es el número de modos propagados.
Se comprueba en el diagrama que para valores de V menores de 2,405 sólo un modo se propaga:
el rango de comportamiento monomodo.
Si el valor de V resultante es mayor de 2,405, la fibra trabaja en régimen multimodo.
Dada una fibra óptica, es imposible saber si trabajará en régimen monomodo o multimodo, ya que
se precisa conocer la longitud de onda de la luz que se inyectará para saber el valor de V.
Se define la longitud de onda de corte λC como la longitud de onda que se corresponde con V =
2,405, y que por tanto separa el comportamiento monomodo del multimodo. La luz con λ > λC hará
a la fibra operar en régimen monomodo, y viceversa.
Siempre hay un modo que se propaga, se le denomina modo fundamental ó LP01. El régimen de
comportamiento monomodo es interesante porque evita la dispersión intermodal, pero presenta
el problema de que se consigue con tamaños del núcleo de la fibra pequeños, por lo que es
más difícil inyectar la luz.
Se comprueba que este modo fundamental tiene una distribución espacial de luz con forma
gausiana, y que su “tamaño” (anchura del haz) cambia con la longitud de onda de la luz.
Se define el parámetro “diámetro del campo modal, modal field diameter MFD” como el tamaño
espacial del modo fundamental. Interesa que sea lo más pequeño posible, es decir, que la luz viaje
mas confinada por el núcleo. Esto se consigue con valores de V grandes, pero sin llegar al valor
V=2,405 si no se quiere entrar en el régimen multimodo.
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