fibra optica
Páginas: 8 (1778 palabras)
Publicado: 12 de octubre de 2014
Fundamentos de las Fibras Ópticas
1.- Fundamentos de las fibras ópticas
Las fibras ópticas basan su funcionamiento en las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz. Para ello se debe de tener en cuenta que cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de separación de dos medios transparentes distintos, parte de la luz resulta reflejada permaneciendo en el primer medio y parte dela luz resulta refractada, penetrando en el segundo medio.
Las leyes de la reflexión y de la refracción son distintas, y se enuncian a continuación:
La ley de la reflexión de la luz establece que todo rayo de luz que incide en una superficie reflectante, saldrá reflejado con un ángulo igual al ángulo de incidencia y de tal forma que tanto el rayo incidente como el reflejado y laperpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia están en el mismo plano.
La ley de la refracción o ley de Snell es la indicada a continuación:
Como se puede ver en el dibujo, se supone que el rayo de luz viene desde una sustancia o medio con índice de refracción n1 y entra en otra sustancia o medio con índice de refracción n2. Se ve claramente que si n2 > n1 entonces sen θ2 < senθ1, y por lo tanto cuanto menor es el seno, menor es el ángulo. Por eso, el ángulo θ2 es menor que el ángulo θ1. Veamos un ejemplo numérico. Si imaginamos un rayo de luz que pasa desde el vidrio al agua, y cuyos índices de refracción son los indicados en la figura y calculamos cual es el ángulo de refracción, suponiendo que el ángulo de incidencia son 30º.
Aplicando la ley de Snell tenemosque:
n1 x sen Φ1 = n2 x sen Φ2
y sustituyendo los valores indicados en la figura
1,46 sen 30 = 1,33 sen Φ2 y como sen 30 = 0,5 entonces
0,73 = 1,33 sen Φ2
de donde sen Φ2= 0,73 / 1,33 = 0,5488
Finalmente utilizando la función arc sen calculamos el ángulo Φ2 también llamado ángulo de refracción
Φ2 = arc sen 0,5488 = 33,28º
Si realizamos los cálculos paraotro ángulo distinto de incidencia, por ejemplo, si en lugar de valer 30 º el ángulo de incidencia, pasa a valer 66º, entonces el ángulo de refracción valdrá:
n1 x sen Φ1 = n2 x sen Φ2
y sustituyendo valores
1,46 sen 66 = 1,33 sen Φ2 y como sen 66 = 0,9135 tenemos que:
1,33 = 1,33 sen Φ2
de donde se obtiene Φ2 = arc sen (1,33 /1,33) = arc sen 1 = 90 º.En la siguiente figura se puede ver lo que pasa cuando el ángulo de refracción es de 90º
Para cualquier ángulo de incidencia mayor que el ángulo crítico, es decir, en el ejemplo anterior del vidrio y del agua, para cualquier ángulo de incidencia mayor que 66 º, se produce un ángulo de refracción mayor que 90º, o lo que es lo mismo, la denominada reflexión total
Esto último es en lo queestá basada la fibra óptica. La luz que va por el interior de la fibra óptica va sufriendo una reflexión total cada vez que intenta salir del núcleo y entrar en la cubierta. Como la reflexión total sigue la ley de la reflexión, el ángulo de entrada es igual al de salida, y por lo tanto en las siguientes reflexiones a lo largo de la fibra se mantiene el ángulo
Por lo tanto la fibra óptica pordentro no tiene nada parecido a un espejo, de tal manera que la luz va rebotando en ese espejo. Realmente no hace falta que haya espejos ni nada por el estilo. Simplemente con que el núcleo de vidrio y la cubierta, también de vidrio, tengan índices de refracción distintos, ya es suficiente para que la luz vaya rebotando sin salirse del núcleo, siempre y cuando el ángulo con el que entran los rayosde luz del núcleo a la cubierta sea mayor que el ángulo crítico.
Para ver este fenómeno de forma experimental, solo hace falta un vaso de agua y un puntero láser. Se observa que a partir del ángulo crítico el rayo láser directamente se refleja en la superficie del agua, produciéndose el fenómeno de reflexión total.Se debe de tener en cuenta que cada sustancia transparente tiene un índice de...
1.- Fundamentos de las fibras ópticas
Las fibras ópticas basan su funcionamiento en las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz. Para ello se debe de tener en cuenta que cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de separación de dos medios transparentes distintos, parte de la luz resulta reflejada permaneciendo en el primer medio y parte dela luz resulta refractada, penetrando en el segundo medio.
Las leyes de la reflexión y de la refracción son distintas, y se enuncian a continuación:
La ley de la reflexión de la luz establece que todo rayo de luz que incide en una superficie reflectante, saldrá reflejado con un ángulo igual al ángulo de incidencia y de tal forma que tanto el rayo incidente como el reflejado y laperpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia están en el mismo plano.
La ley de la refracción o ley de Snell es la indicada a continuación:
Como se puede ver en el dibujo, se supone que el rayo de luz viene desde una sustancia o medio con índice de refracción n1 y entra en otra sustancia o medio con índice de refracción n2. Se ve claramente que si n2 > n1 entonces sen θ2 < senθ1, y por lo tanto cuanto menor es el seno, menor es el ángulo. Por eso, el ángulo θ2 es menor que el ángulo θ1. Veamos un ejemplo numérico. Si imaginamos un rayo de luz que pasa desde el vidrio al agua, y cuyos índices de refracción son los indicados en la figura y calculamos cual es el ángulo de refracción, suponiendo que el ángulo de incidencia son 30º.
Aplicando la ley de Snell tenemosque:
n1 x sen Φ1 = n2 x sen Φ2
y sustituyendo los valores indicados en la figura
1,46 sen 30 = 1,33 sen Φ2 y como sen 30 = 0,5 entonces
0,73 = 1,33 sen Φ2
de donde sen Φ2= 0,73 / 1,33 = 0,5488
Finalmente utilizando la función arc sen calculamos el ángulo Φ2 también llamado ángulo de refracción
Φ2 = arc sen 0,5488 = 33,28º
Si realizamos los cálculos paraotro ángulo distinto de incidencia, por ejemplo, si en lugar de valer 30 º el ángulo de incidencia, pasa a valer 66º, entonces el ángulo de refracción valdrá:
n1 x sen Φ1 = n2 x sen Φ2
y sustituyendo valores
1,46 sen 66 = 1,33 sen Φ2 y como sen 66 = 0,9135 tenemos que:
1,33 = 1,33 sen Φ2
de donde se obtiene Φ2 = arc sen (1,33 /1,33) = arc sen 1 = 90 º.En la siguiente figura se puede ver lo que pasa cuando el ángulo de refracción es de 90º
Para cualquier ángulo de incidencia mayor que el ángulo crítico, es decir, en el ejemplo anterior del vidrio y del agua, para cualquier ángulo de incidencia mayor que 66 º, se produce un ángulo de refracción mayor que 90º, o lo que es lo mismo, la denominada reflexión total
Esto último es en lo queestá basada la fibra óptica. La luz que va por el interior de la fibra óptica va sufriendo una reflexión total cada vez que intenta salir del núcleo y entrar en la cubierta. Como la reflexión total sigue la ley de la reflexión, el ángulo de entrada es igual al de salida, y por lo tanto en las siguientes reflexiones a lo largo de la fibra se mantiene el ángulo
Por lo tanto la fibra óptica pordentro no tiene nada parecido a un espejo, de tal manera que la luz va rebotando en ese espejo. Realmente no hace falta que haya espejos ni nada por el estilo. Simplemente con que el núcleo de vidrio y la cubierta, también de vidrio, tengan índices de refracción distintos, ya es suficiente para que la luz vaya rebotando sin salirse del núcleo, siempre y cuando el ángulo con el que entran los rayosde luz del núcleo a la cubierta sea mayor que el ángulo crítico.
Para ver este fenómeno de forma experimental, solo hace falta un vaso de agua y un puntero láser. Se observa que a partir del ángulo crítico el rayo láser directamente se refleja en la superficie del agua, produciéndose el fenómeno de reflexión total.Se debe de tener en cuenta que cada sustancia transparente tiene un índice de...
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