FIBRA ÓPTICA Annabel Rondón “CRF_SEC2_7”
FIBRA OPTICA ESCALONADA
En este tipo de fibra óptica multimodo viajan varios rayos ópticos simultáneamente. Estos se reflejan con diferentes ángulos sobre las paredes del núcleo, por lo que recorren diferentes distancias, y se desfasan en su viaje dentro de la fibra, razón por la cual la distancia de transmisión es corta.
Hay que destacar que hay un límite al ángulo de inserción del rayo luminoso dentro de la fibra óptica, si este límite se pasa el rayo de luz ya no se reflejará, sino que se refractará y no continuará el curso deseado.
Por lo tanto, el índice de refracción n1, debe ser mayor que el del recubrimiento n2, teniendo en cuenta la reflexión total en la superficie de ambos vidrios. Perfil del índice de refracción
FIBRA OPTICA ESCALONADA Propagación de Ondas
Las guías de onda electromagnéticas se analizan resolviendo las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones tienen soluciones múltiples, o modos. Descripción con las ecuaciones de maxwell
Ecuaciones materiales
Donde: M= Polarización Magnética y P= Polarización Eléctrica En el Sílice M=0, es decir, no presenta
ECUACION DE ONDA EN DOMINIO DE LA FRECUENCIA
Apoyándonos en las ecuaciones de onda de Maxwell Donde:
Y aplicando transformada de Fourier, se obtiene:
La Constante dieléctrica dependiente de la n: índice de frecuencia es: Donde: refracción α: coeficiente de absorción
ECUACION DE ONDA EN DOMINIO DE LA FRECUENCIA 2.
3.
SIMPLIFICACIONES: Para fibras ópticas con muy baja atenuación, La constante dieléctrica dependiente de la frecuencia es REAL. en la fibra óptica escalonada es independiente de
Donde : Para variaciones de n alejadas de la longitud de onda
ECUACION DE ONDAS EN COORDENADAS CILINDRICAS
El análisis de los modos de propagación se realiza en coordenadas cilíndricas, como consecuencia que la fibra óptica se encuentra en forma de cilindro. Componentes de campo de una onda óptica:
La solución de la ecuación para ρ se hace por medio de las funciones de Bessel:
FUNCIONES DE BESSEL
Son soluciones canónicas y(x) de la ecuación diferencial de Bessel:
donde α es un número real o complejo. El número α se denomina orden de las funciones de Bessel asociadas a dicha ecuación.
APLICACIONES: las funciones de Bessel son especialmente importantes en muchos problemas de propagación de ondas descrito por las ecuaciones de Helmoltz o Laplace en simetrías cilíndricas o esféricas.
7.
Ondas electromagnéticas en guías de onda cilíndricas.
8.
Modos transversales electromagnéticos en guías ópticas.
FUNCIONES DE BESSEL Funciones de Bessel de primera especie: Jα
Funciones de Bessel modificada s de primera especie : Iα
Funciones de Bessel de segunda especie : Yα
Funciones de Bessel modificada s de segunda especie : Kα
MODOS DE PROPAGACION EN FIBRA OPTICA Los modos de propagación dependen de la longitud de onda, de la polarización y de las dimensiones de la guía.
MODO DE PROPAGACION HIBRIDA En las ondas ópticas Ez y Hz son diferentes de cero. Hz dominante : Hemn Ez dominante: Ehmn.
MODOS TRANSVERSALES Se clasifican en tipos distintos:
modos TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico en la dirección de propagación es nula.
modos TM (Transversal magnético), la componente del campo magnético en la dirección de propagación es nula.
INDICE MODAL O INDICE EFECTIVO
Para cada modo de propagación se debe cumplir lo siguiente:
Donde: Ko: constante de onda en el vacio Β: Constante de onda de modo en el medio
El modo se propaga si
El modo no se propaga si
El corte del modo se da en
MODOS DE PROPAGACION EN FIBRA OPTICA.
Obtención digital y experimental de los modos de propagación en una fibra óptica de índice de perfil escalonado. Patrón de intensidad digital de los modos linealmente polarizados en y
(a) Montaje experimental para la obtención de los patrones de intensidad de los modos. (b), (c), (d), y (e) Patrón experimental de intensidad de los modos linealmente polarizados.
FIBRA OPTICA MONOMODO
Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) Su transmisión es paralela al eje de la fibra. Las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s). Perfil del índice de refracción
Capa absorbente Núcleo
FIBRA OPTICA MONOMODO
Presentan estados de polarización: Eje rápido: Índice modal pequeño. Rápido Propagación. Eje lento: Índice modal grande. Propagación lenta.
DISPERSION EN LA FIBRA OPTICA MONOMODO
DISPERSION DE LA VELOCIDAD DE GRUPO DISPERSION MATERIAL DISPERSION DE GUIA DE ONDA DISPERSION DE ORDENES SUPERIORES DISPERSION DEL MODO DE POLARIZACION
DISPERSION DE LA VELOCIDAD DE GRUPO
Cuando las ondas son dispersivas, la velocidad del grupo de ondas es generalmente distinta que la velocidad de fase promedio de los componentes individuales. Por tanto, estos componentes individuales se pueden mover a lo largo del grupo a medida que éste se vaya propagando. Asimismo, por lo general el grupo se va ensanchando con el
DISPERSION MATERIAL
Es el principal causante de la dispersión, y consiste en que el índice de refracción del silicio, material usado para fabricar las fibras ópticas, depende de la frecuencia. Por ello, las componentes de distinta frecuencia, viajan a velocidades
DISPERSION DE GUIA DE ONDA
Este parámetro de dispersión por efecto guía onda, DW, es función de la frecuencia normalizada, V, dependiendo, por tanto, del radio del núcleo, a, de los índices de refracción del núcleo y la cubierta y de la longitud de onda