Comunicaciones Opticas

1. Simulación de propiedades de ondas electromagnéticas y
Propagación en fibra óptica.

Ondas electromagnéticas:
Son movimientos que no necesitan ningún medio para propagarse.
Aunque la física de las ondas electromagnéticas es toda la misma, independientemente
de la longitud de onda, cada longitud de onda tiene una aplicación determinada (rayos
X, rayos UV, espectro visible, etc)
Laspropiedades de los campos electromagnéticos en un medio se describen,
matemáticamente, por las cuatro ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones representan
el comportamiento del campo eléctrico (medido en V/m) y del campo magnético
(medido en A/m). Las ecuaciones de Maxwell son:

Nombre

Ley
Gauss:

Forma diferencial

de

Ley
de
Gauss para
el
campo
magnético:

Ley
de
Faraday:Ley
de
Ampère
generalizada:

Forma integral

Simulación:

En esta primera gráfica observamos que se trata de una onda electromagnética que,
según los parámetros que se han definido, se propaga en un medio vacío (dieléctrico
perfecto). Esto es fácilmente demostrable:
•

•

En los parámetros de entrada, observamos que la conductividad es 0. Ello
significa que el medio por el que seva a propagar va a ser un medio sin pérdidas
o atenuaciones en la señal a la salida, con lo cual, un medio sin pérdidas (ideal)
es el vacío.
En los parámetros de salida, observamos que la velocidad de propagación (Phase
velocity) en este caso es 2.99792 x 108 m/s, es decir, es la velocidad de
propagación de la luz que anteriormente hemos citado para el caso del vacío.

Ahora vamos arealizar dos cambios en los parámetros que definen a la onda
electromagnética, cada uno por separado, para ver cómo va cambiando la onda
dependiendo de los mismos.

Simulación 1: Conductividad

Resultado: En esta segunda gráfica, se trata de la misma onda electromagnética pero la
diferencia de que la conductividad definida ha sido 0.05 S/m. El resultado será que la
onda, a lo largo de lapropagación por el medio y/o material, irá sufriendo una serie de
atenuaciones o pérdidas, las cuales van a influir respecto a la profundidad de
penetración del material por el que se propague, como sería en este caso, que la
profundidad en un material al que esta onda electromagnética puede penetrar sería de
0.11496 m.

Simulación 2: Longitud de onda

Resultado: En esta última gráfica, elparámetro que hemos modificado ha sido la
longitud de onda, la cual he aumentado a 10. Se observa que conforme se aumenta la
longitud de onda, la frecuencia disminuye.

Aplicaciones:
Algunas aplicaciones que se podrían atribuir serían:
•

•

•

Las ondas de radio se emplean en la transmisión de señales para
comunicaciones. Para las emisiones de radio y televisión se utilizan ondas de
radiolargas, que pueden reflejarse en la ionosfera y permiten detectar antenas
situadas en lugares lejanos de la fuente emisora. Las ondas de radios medias, si
bien sufren menos reflexión, también se utilizan para llegar a grandes distancias.
Las ondas cortas no tienen esta propiedad, con lo cual, para reiterar la señal se
utilizan satélites artificiales.
Las ondas microondas se utilizan enradioastronomía, en las señales de los
teléfonos celulares, aunque son más conocidas por la llegada de los hornos
microondas a muchas casas. ¿Cómo funciona un microondas?. Digamos que este
tipo de ondas penetran en las moléculas de agua de los alimentos, las que vibran
provocando fricción entre las moléculas, lo cual se traduce en un aumento de la
energía interna de los alimentos que se calientan.Las radiaciones infrarrojas se utilizan para la construcción de alarmas, armas y
cámaras de fotos que pueden detectar imágenes que no se observan con luz
visible.

•
•

La radiación ultravioleta se utiliza para la esterilización de instrumentos de
cirugía.
Los Rayos X, de alto poder de penetración se convirtieron en un valioso
elemento de diagnóstico y prevención de enfermedades....