Fibra Optica

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Fibra Óptica
Las fibras se utilizan grandemente en las Telecomunicaciones ya que permiten enviar gran cantidad de datos a largas distancias. En la antigüedad los griegos utilizaban espejos para la transmisión de datos por medio de la luz solar.
El primer enlace transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988, usando un cristal tan transparenteque los amplificadores para regenerar las señales débiles se podían colocar a distancias de más de 64 kilómetros.
La Fibra Óptica tiene muchas ventajas, como bajas pérdidas de señal, tamaño y peso reducido, inmunidad frente a emisiones electromagnéticas y de radiofrecuencia y seguridad.
Estructura de la Fibra Óptica
Núcleo (core). Es un hilo de vidrio fabricado con SiO2. Conduce la luz. De 8 a62,5 μm de diámetro.
Revestimiento (cladding). Es un tubo de vidrio fabricado con SiO2, de distinta densidad óptica que el núcleo. Confina la luz dentro del núcleo. De 125 μm de diámetro.
Color (coating). Es un buffer o amortiguador de plástico. Protege al núcleo y al revestimiento de cualquier daño. De 245 μm de diámetro.
Cómo trabaja la FO?
* El rayo de luz se enciende y se apaga paratransportar datos por una fibra (1´s y 0´s).
* El rayo ingresa al núcleo y debe permanecer en él hasta que llegue al otro extremo.
* El rayo no debe refractarse en el revestimiento porque eso significaría perder parte de su energía.

Es necesario, por tanto, lograr un diseño de fibra en el que:
* El revestimiento actúe como un espejo para el rayo de luz.
* Y el núcleo se comportecomo una guía de ondas para el rayo de luz.

¿Cómo diseñar una FO?

Las leyes de reflexión y de refracción orientan cómo diseñar una fibra que guíe las ondas de luz con una mínima pérdida de energía:
* El núcleo debe tener una densidad óptica mayor que la del revestimiento para que ocurra el fenómeno de la reflexión interna total.

Modelo de Rayo de Luz
Las ondas electromagnéticas,como la luz, se alejan de la fuente viajando en líneas rectas. Estas líneas reciben el nombre de rayos. En el vacío, la luz viaja a 300.000 km/s, pero en otras sustancias como el aire, el agua y el vidrio, lo hace a menores velocidades debido a que ópticamente son más densas.La densidad óptica de una sustancia se refiere a cuánto la velocidad del rayo de luz disminuye al atravesarla. Cuanto mayorsea, más se desacelera la luz en relación a su velocidad en el vacío.
La medida de la densidad óptica es el índice de refracción.
El índice de refracción (n) de una sustancia se define como la velocidad de la luz en el vacío dividido por la velocidad de la luz en esa sustancia, así:
n= índice de refracción de la sustancia.
c = 300.000 km/s. Velocidad de la luz en el vacío.
v = velocidad de laluz en la sustancia. En km/s.
r= permitividad relativa de la sustancia.

Valores para sustancias comunes
En el vidrio, es posible aumentar el índice de refracción agregándole productos químicos. Si se produce un vidrio muy puro, se reduce el índice de refracción.

Reflexión de la luz en la fibra óptica

Cuando un rayo de luz (rayo incidente) toca la frontera entre 2 sustancias de distintadensidad, se divide en 2 partes:

Una parte se refleja a la primera sustancia (rayo reflejado), con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia.
La energía restante cruza la frontera y penetra a la segunda sustancia (rayo refractado), pero se desvía de su trayecto original con un ángulo de refracción que depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción de las dossustancias.

Reflexión interna total en la fibra óptica
Condiciones:
* El núcleo debe tener un índice de refracción mayor que el del revestimiento (n1n2).
* El ángulo de incidencia del rayo de luz debe ser mayor que el ángulo crítico para el núcleo y su revestimiento (θ1 >θC).

Entonces, se produce la reflexión interna total
Si se cumplen estas dos condiciones, toda la luz que incide...