Tipos de fibra:

Existen tres tipos de fibra óptica dependiendo del modo en el

que se propaga la luz en su interior

-Fibra multimodo a salto de índice:

Transportan simultáneamente varios haces de luz con diferente ángulo de

entrada (diferentes modos).El índice de refracción del núcleo

es mayor, pero del mismo orden que el del revestimiento. Si

bien la atenuación y la dispersión temporal son mayores que en

otros tipos de fibra, el mayor diámetro del núcleo requiere de

una menor precisión en la fabricación lo que las hace más económicas.

-Fibra multimodo a índice gradual:

Se diferencian de las anteriores en que el índice de refracción del núcleo disminuye

radialmente hasta igualarse al del revestimiento. Esto provoca

que los rayos de luz se desvíen gradualmente en aparentes

trayectorias curvas. Su ancho de banda y su alcance son

mayores que la fibra a salto de índice.

-Fibra monomodo:

Es el tipo de fibra más delgado y difícil de fabricar y maniobrar pero también el de mayor alcance. Solo permite un modo de propagación paralelo a su eje.

Ángulo critico y cono de aceptación:

En los conductores de la fibra óptica se utiliza el efecto de la reflexión total para conducir el rayo luminoso usando un núcleo de vidrio con un índice de refracción n1 envolviéndolo en un recubrimiento con un índice de refracción n2, donde n1>n2.

El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación de los medios. El ángulo crítico viene dado por donde y son los índices de refracción de los medios con . Esta ecuación es una simple aplicación de la ley de Snell donde el ángulo de refracción es 90°.

Angulo de aceptación o cono de aceptación:

El ángulo de aceptación es función de los índices de refracción del nucleo y del revestimiento y representa la mitad del cono de aceptación, solo conducirá los rayos que estén dentro del cono de aceptación.

Para acoplar al núcleo de la f.o. en un rayo luminoso incidente desde el exterior (aire no=1), el angulo α formado entre el rayo incidente y el eje de la fibra se rige por la ley de Snell.

PÉRDIDAS EN LOS CABLES PARA LA FIBRA ÓPTICA

Las pérdidas de transmisión en los cables de fibra óptica son una de las características más importantes de la fibra. Las pérdidas en la fibra resultan en una reducción de la potencia de la luz, por lo tanto, reducen el ancho de banda del sistema, la velocidad de transmisión de información, eficiencia, y capacidad total del sistema. Las pérdidas de fibra predominantes son las siguientes:

• Pérdidas por absorción
• Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales
• Dispersión cromática o de longitud de onda
• Pérdidas de radiación
• Dispersión modas
• Pérdidas por acoplamiento
• Pérdidas de absorción

La pérdida por absorción en las fibras ópticas es analógica a la disipación de potencia en los cables de cobre; las impurezas, en la fibra absorben, la luz y la convierten en calor. El vidrio ultrapuro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro. Aun así, las pérdidas por absor ción entre 1 y 1000 dB/Km son típicas. Esencialmente, hay tres factores que contribuyen a las pérdidas por absorción en las fibras ópticas: absorción ultravioleta, absorción infrarrojo y absorción de resonancia del ion.

Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales

Durante el proceso de fabricación, el vidrio es producido en fibras largas, de un diámetro muy pequeño. Durante este proceso, el vidrio está en un estado plástico (no líquido y no sólido). La tensión aplicada al vidrio durante, este proceso, causa que el vidrio se enfríe y desarrolle irregularidades submicroscópicas que se forman, de manera permanente, en la fibra. Cuando los rayos de luz que se están propagando por una fibra chocan contra una de estas impurezas, se difractan. La difracción causa que la luz se disperse o se reparta en muchas direcciones. Una parte de la luz difractada continua por la fibra y parte de ésta se escapa por la cubierta. Los rayos de luz que se escapan representan una pérdida en la potencia de la luz. Esto se llama pérdida por dispersión de Rayleigh.

Dispersión cromática o de longitud de onda

Como se estableció anteriormente, el índice refractivo del material es dependiente de la longitud de onda. Los diodos emisores de luz (LED) emiten luz que contiene una combinación de longitudes de onda. Cada longitud de onda, dentro de una señal de luz compuesta, viaja a una velocidad diferente. En consecuencia, los rayos de luz que simultáneamente se emiten de un LED y se propagan por una fibra óptica no llegan, al extremo lejano de la fibra, al mismo tiempo. Esto resulta en una señal de recepción distorsionada; la distorsión se llama, distorsión aromática. La distorsión cromática se puede eliminar usando una fuente monocromática tal corno un diodo de inyección láser (ILD).

Pérdidas de radiación

Las pérdidas de radiación son causadas por pequeños dobleces e irregularidades en la fibra. Básicamente, hay dos tipos de dobleces: microdobleces y dobleces de radio constante. El microdoblamiento ocurre como un resultado de las diferencias en las relaciones de la contracción térmica entre el núcleo y el material de la cubierta. Un microdoblez representa una discontinuidad en la fibra, en donde la dispersión de Rayleigh puede, ocurrir. Los dobleces de radio constante ocurren cuando las fibras se doblan durante su manejo o instalación.

Dispersión modal

La dispersión modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersión modal puede ocurrir sólo en las fibras de multimodo. Se puede reducir considerablemente usando fibras de índice graduado y casi se elimina totalmente usando fibras de índice de escalón de modo sencillo.

La dispersión modal puede causar que un pulso de energía de luz se disperse conforme se propaga por una fibra. Si el pulso que está esparciéndose es lo suficientemente severo, un pulso puede caer arriba del próximo pulso (este es un ejemplo de la interferencia de intersímbolo). En una fibra de índice de escalón multimodo, un rayo de luz que se propaga por el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra. Un rayo de luz que choca a la interface de núcleo/cubierta en el ángulo crítico sufrirá el número más alto de reflexiones internas y, en consecuencia, tomar la mayor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra.

Pérdidas de acoplamiento

En los cables de fibra las pérdidas de acoplamiento pueden ocurrir en cualquiera de los tres tipos de uniones ópticas: conexiones de fuente a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector. Las pérdidas de unión son causadas más frecuentemente por uno de los siguientes problemas de alineación: mala alineación lateral, mala alineación de separación, mala alineación angular y acabados de superficie imperfectos

Fibra Óptica

•La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.

•Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Un cable de 10 fibras tiene un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. y proporciona la misma o más información que un coaxial de 10 tubos.

•El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600C. La F.O. presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.

•El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

Diodo Emisor de Luz (Funcionamiento)

Las siglas LED significan "light emmiting diode" (diodo emisor de luz), trabaja exactamente igual que un diodo normal, dejando pasar la corriente eléctrica por un solo sentido e iluminándose gracias a esta. Este dispositivo está constituido por un encapsulamiento que generalmente suele ser en forma de habichuela, aunque también existen con forma rectangular.

Dentro del encapsulamiento encontramos un chip que es el encargado de gestionar dos áreas internas denominadas "P" y "N". De cada una de estas dos áreas obtenemos un "borne" o más comúnmente llamado "patilla". El borne más largo es el positivo y el más corto el negativo.

Los LEDs, un bajo voltaje de corriente continua (CC) circulan a través de dos

Capas de material semiconductor. Esto resulta en la generación de fotones de

Luz de un reducido rango de frecuencias. El color de la luz depende del material

Semiconductor utilizado y del tipo de dopante (impurezas) que se le agregue. El

Semiconductor se aloja en una caja epoxi que además funciona como un sistema óptico (lente), que enfoca la luz producida. Para uso con la red de

Suministro eléctrico, se necesitan controladores electrónicos y conversores de

Voltaje. El nivel de innovación tecnológica y de ingeniería involucrada en los

LEDs modernos es mucho mayor que en las fuentes convencionales de luz.

Existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda

Diodo Láser (Funcionamiento)

Al igual que en el LED en el LD generamos fotones a partir de la recombinación de

Pares electrón-hueco, pero en el LD tendremos una cavidad óptica que guía los fotones generados. La cavidad óptica es básicamente una cavidad resonante en la cual los fotones sufren múltiples reflexiones. Por tanto, cuando los fotones son emitidos sólo se permite que una pequeña fracción de éstos deje la cavidad. En consecuencia, la concentración de fotones dentro de la cavidad empieza a crecer. Existen muchas cavidades para su utilización en diodos láser, siendo las más importantes la cavidad de Fabry-Perot, cavidades con realimentación distribuida con enrejados periódicos ("gratings") y cavidades de láseres de emisión superficial

Con reflectores diseñados especialmente para ellas. La cavidad más utilizada es la de Fabry-Perot cuyo elemento más importante es una superficie pulida que hace de espejo reflejando los fotones generando modos resonantes. Estos modos resonantes son los que satisfacen la expresión,

Donde q es un entero, L es la longitud de la cavidad y ﮑ es la longitud de onda del fotón en el material. Su relación con la longitud de onda en el vacío es

Donde nr es el índice de refracción de la cavidad. El espaciado entre los modos estacionarios es

Como puede observarse en la siguiente figura (a) sólo se pulen dos caras opuestas de la cavidad (dos superficies que hacen de espejo). Las otras dos se dejan sin pulir de forma que los fotones emitidos no son reflejados en estas caras, es decir, no se generan modos resonantes por lo que no está permitido el crecimiento de la concentración de fotones en esa dirección. En la dirección en la que sí existen las caras pulidas es en donde se generan los modos resonantes que provocan el proceso de emisión estimulada.

Únicamente las ondas estacionarias sobreviven dentro de la cavidad. Estas ondas estacionarias se producen cuando una onda se superpone con su reflejada. Dichas ondas estacionarias están formadas por aquellas longitudes de onda que garantizan que la amplitud del campo eléctrico es cero en cada espejo.

Fig.: (a) Estructura láser típica donde se ven los espejos y la cavidad utilizada para confinar los fotones.

(b) Estados estacionarios de la cavidad. Los espejos son los responsables de estos estados. (c) La variación de

La constante dieléctrica es la responsable del confinamiento óptico. La estructura de la cavidad óptica de estas

Figuras es la de la cavidad de Fabry-Perot.

Diodos fotodetectores

Cuando el diodo opera en el tercer cuadrante (polarización inversa), la corriente es independiente del voltaje, pero es proporcional a la energía luminosa. Como dispositivo podemos medir mediante la corriente los niveles de iluminación o convertir las variaciones de señales ópticas.

En muchas de las aplicaciones, la velocidad de la respuesta es crítica. Por ejemplo, si el fotodiodo tiene que responder a una serie de impulsos luminosos separados por 1 ns, el tiempo de respuesta del fotodetector tiene que ser mucho menor que 1 ns.