S01.s1- Historia y conceptos Laley de Snell(también llamadaley de Snell-Descartes) es una fórmula utilizada para calcular el ángulo derefracciónde laluzal atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquieronda electromagnética) con índice de refracción distinto. 8.4 Un sistema de comunicaciones ópticas Ventajas de las fibras ópticas •Gran ancho de banda •Muy baja atenuación •Inmunidad a las interferencias •Resistente al ambiente •Aislamiento eléctrico •Peso ligero de la fibra Las fibras ópticas son útiles porque combinan baja atenuación con gran ancho de banda. Por eso son ideales para transportar señales de alta velocidad y a grandes distancias. Desventajas de las fibras ópticas Fragilidad Costo de Equipamiento, incluido el de mantenimiento. Maniobrabilidad S02.s2- Fundamentos de luz, óptica geométrica y propagación óptica La luz y espectro electromagnético Luz visible al ojo humano que va desde las longitudes de ondas de los 400 a 700 nm Frecuencia y longitud de onda Para describir las ondas pueden utilizarse indistintamente cualesquiera de las dos magnitudes, en el campo de las comunicaciones ópticas se utiliza la Longitud de onda: λ=c /f Las comunicaciones ópticas utilizan ciertas porciones del espectro electromagnético, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda (λ), expresadas en nanómetros. λ=Letra griega lamda El estudio de la transmisión de señales ópticas a través de medios guiados, puede ser explicado por dos métodos con enfoques distintos pero complementarios, dependiendo del sentido como visión de la luz. Estos dos métodos son el de la Óptica geométrica o de rayos y la Óptica física o de ondas. Laprimeraconsideraalaluzcomopartículasquesepropaganenlínearectayporlotantosepuederepresen tarcomounrayo,peroquenoesposibleexplicarfenómenoscomoladifraccióneinterferenciaylasegunda ,consideraalaluzcomounfrentedeondasesféricas,sustentadaenlateoríadeFresnel Energía de fotón Un átomo tiene varios estadosonivelesdeenergía.Elmínimoniveleselestadofundamental,elmáximoniveleselestadoexcitado .Siunátomoquetieneunniveldeenergíadecaeaunnivelinferior,lapérdidadeenergía(dadoenelectrónvo ltios)seemiteenformadefotón. Laenergíadelfotónesigualaladiferenciaentrelasenergíasdelosdosniveles.Esteprocesodedecaerdeun nivelaotrosellamaemisiónespontánea. Losátomospuedenserirradiadosmedianteunafuenteluminosaquetengaunaenergíaigualaladiferenci aentreelestadofundamentalyotroniveldeenergía.Estohacequeunelectróncambiedeunoaotroniveld eenergía,absorbiendoenergíaluminosa.Esteprocesodepasardeunnivelaotrosellamaabsorciónyeláto moabsorbeunpaquetedeenergíallamadofotón. La energía absorbida o emitida (fotón) es igual a la diferencia entre los dos niveles de energía: Igual, la energía de los fotones se puede expresar en términos de la longitud de onda: Laspartículascargadascomoelfotón,tienenunaunidaddeenergíaqueeselelectronvoltio(eV)yesigualal acargadelelectrónporunvoltio. Refracción y la reflexión Cuandounhazdeluzalincidirconciertoángulo,sobrelasuperficiequeseparadosmediosdediferenteden sidad,homogéneos,isótropos(materialescuyaspropiedadesnodependendesuposición)ysinpérdidas, elrayoincidentesebifurcagenerandodosrayos:unoreflejadoyelotrorefractado,propagándosecadaun oporlosdosmediosexistentes. Leyes de refracción a)Enunmediodieléctrico,laluzsepropagaaunavelocidadmenorqueenelvacío,larelaciónentrelavelocid addelaluzenelvacíoylavelocidaddelaluzeneldieléctricosellamaíndicederefraccióndeldieléctrico(n)ye sunadelascaracterísticasdelmedio. Larelaciónentreelsenodelángulodeincidenciayelsenodelánguloderefracciónesconstante. 1)Cason1<n2.Laluzpasaporunmedioaotroquetieneuníndicederefracciónmayor(ejemploaire-agua). Existeunvalormáximodelánguloderefracción θtC, valor quecorrespondealsen θr=1, dondeθr=90º. Seleconocecomoelángulocríticoderefracción. Elángulolímiteocríticosepresentacuandoelángulodereflexión=90º(Π/2) Leyes de reflexión 2)Cason1>n2.Laluzpasaporunmedioaotroquetieneuníndicederefracciónmenor(ejemploagua-aire). SegúnlaLeydeSnell: Comolafunciónsenonopuedesermayorque1enlarelación,entoncessenθitienecomolímitesuperioras en θic es decir: C= 299792458m/s velocidad de la luz en el vacio Indice de refracción de cable f.o. multimodo Elíndiceescalonadodeunafibraóptica,significaqueseestablecendiferentesvaloresdecapasorevestimi entosalnúcleodelafibraópticahastallegaralafunda.Estosrecubrimientostienenvaloresdeíndicesderef raccióndiferentesparaquelaondasevayaatenuando. Semodelanlosrevestimientosalrededordelnúcleo,cadaunodeelloscondiferentesíndicesderefracción, deallíelnombredefibraópticadeíndiceescalonado. Fundamentos de propagación óptica 1.Parámetrosestáticos.Sonconstantesalolargodelafibraóptica,dentrodelastoleranciaspropiasdefabr icaciónyserefierenalascaracterísticasópticasygeométricasdelasmismas. Entrelascaracterísticasfiguran: a.Elperfildelíndicederefracción.Quedefinelaleydevariacióndelmismoenelsentidoradial,siendolavelo cidaddelaluzencadapuntounafuncióndedichoíndice,quedarálugaradiversasvelocidadesendichospu ntos(índicegradual). b.Aperturanumérica.Determinalacantidaddeluzquepuedeaceptarunafibrayenconsecuencia,tambié nlaenergíaquepuedeaceptar, “no“necesariamenteligadaalacantidaddeinformacióncorrespondiente(BWdelafibra). 2.Parámetrosgeométricos. Diámetrosderevestimientoyexcentricidades,estánenfuncióndelatecnologíausadaenlafabricacióndel asfibrasylastoleranciascorrespondientesqueseránconsecuenciadelasmismas(nolinealidaddelnúcleo yelrevestimiento) 3.Parámetrosdinámicos. Soncaracterísticasdelafibra,queafectanlaprogresióndelaseñalalolargodelamisma. Apertura numérica elconceptodelaaperturanuméricaesdeextremoimportanteyaquecomprendelapropiedaddelafibrap ararecolectarlaluzypropagarla. LaA.N.nodependedesusdimensionesdelafibraóptica,sinoden1yn2.Siqueremosaumentarlaluz,tenem osqueescogern’sadecuados. 5.2 Diferencia relativa de índices Aproximaciones.Siladiferenciadeíndicesentreelnúcleoylacubiertaespequeña,seutilizaráelparámetr o“∆”,definidopor: Paraelcasoenquen1≈n2laaperturanuméricapuedeescribirsecomo 5.3 Dispersión en la fibra óptica 1.Elretrazosufridoporlosdiversosrayosdeluz,producequeelpulsogeneradosevayaensanchando,limit andosuanchodebanda(BW).UnaumentoenladispersióndisminuyeelBW. 2.Elefectodedispersiónesacumulativoconrespectoalalongituddelafibra. 3.Enlafibramultimodoladispersiónmodal,sedaporlasdiferentestrayectorias(longitud/retardo)delase ñalyenlafibraópticamonomodoladispersióncromática,dependedelanchoespectraldelemisor(δω).Es decir,lavelocidaddepropagacióndelaseñalestálimitadaconformeaumentaladistancia. Dispersión Modal
