Fibras Opticas

UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PANAMA
DIRECCIÓN ACADÉMICA DE SISTEMAS






SEMINARIO-TALLER: FIBRA ÓPTICA

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Agosto de 2008.














TUTORIAL DE FIBRA ÓPTICA

CONCEPTOS BÁSICOS
















REFLEXIÓN


Cuando un rayo de luz incide sobre un objeto o superficie, parte del rayo se reflejará, permaneciendo en el medio de dondeprovenía inicialmente. Si la superficie es perfectamente pulida, como una lámina de plata por ejemplo, ocurrirá una reflexión especular (reflexión total). Cuando la superficie no es perfectamente pulida se da una reflexión difusa.
La siguiente gráfica muestra estos dos hechos:

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Rayos reflejados en diferentes superficies
Donde:
Θi: Es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal (lacual es imaginaria y perpendicular a la superficie).
Θr: Es el ángulo formado por el rayo reflejado con respecto a la normal.

Por la ley de reflexión θi = θr y además se encuentran en el mismo plano.

REFRACCIÓN

Cuando la luz golpea una superficie frontalmente, parte del rayo será reflejado y parte será absorbido. Dado que el rayo incidente es perpendicular a la superficie, éste continúaen línea recta en el nuevo medio.
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Rayos incidente, reflejado y refractado.

En la figura anterior es posible notar que cuando el rayo incide sobre la superficie con un ángulo diferente de cero, parte del rayo se refleja y parte se refracta, es decir, continúa su camino hacia el otro medio pero con otro ángulo diferente al de incidencia y con otra velocidad, pues hubo un cambio de medio(cambio de índice de refracción).

El índice de refracción está dado por [pic].
Donde [pic]es la velocidad de la luz en el vacío y [pic] es la velocidad de la luz en el medio analizado.

Otro concepto importante es el de la ley de Snell, la cual dice que cuando un rayo viaja por un medio con índice de refracción [pic] e incide con un ángulo [pic]en una superficie que separa a este medio de otrocon índice [pic], el rayo refractado formará un ángulo [pic] con la normal, y la relación entre [pic] y [pic] vendrá dada por

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Cuando el ángulo de incidencia se aumenta a un valor determinado llamado ángulo crítico, el ángulo refractado roza la superficie y viaja paralelo a ésta como se muestra en la siguiente figura. En este caso el ángulo de refracción es de 90°.

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Ángulocrítico

Para deducir la expresión que rige al ángulo crítico, basta reemplazar el valor del ángulo de refracción dado (90°) en la expresión dada para la ley de Snell, así:

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Con todos los ángulos incidentes menor que el ángulo crítico se producirá la reflexión total interna (todo el rayo incidente se refleja).
En la fibra óptica se utiliza el efecto de la reflexión totalinterna para conducir un rayo luminoso por un conductor que en su centro tiene un núcleo formado por vidrio con un índice de refracción n1, envuelto en un revestimiento formado por un vidrio con un índice re refracción n2, siendo n1>n2.

Una fibra óptica es un hilo delgado de plástico o vidrio, el conduce radiación de luz visible o invisible (cercana al infrarrojo); está diseñada para trabajar comouna línea de transmisión, y trabajar a una longitud de onda determinada.
La siguiente figura muestra las diferentes bandas o ventanas en las cuáles es dividido el espectro electromagnético.

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Espectro electromagnético.

Los principios básicos de comunicación por fibra óptica son explicados o modelados usando los conceptos presentados de reflexión y refracción (teoría de rayos) de luz;sin embargo, en las fibras ópticas ocurren otra serie de fenómenos los cuales no pueden ser explicados con la teoría de rayos, deben ser estudiados desde el punto de vista de la teoría electromagnética; por ejemplo, la dispersión modal (de la cual se hablará más adelante) es uno de ellos.

Para que la comunicación por fibra óptica sea posible, es necesario que [pic], donde [pic] es el índice...