Maestro

UNIVERSIDAD NACIONAL DE QUILMES INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL

Cátedra de Instrumentos y Me diciones

13 Mediciones en fibras ópticas.
13.1 Introducción:
13.1.1 Historia
El uso de señales visuales para las comunicaciones de larga distancia ya se realizaba por el año 1794 cuando se transmitían mensajes de alerta en código Morse a los navegantes. Esto demuestra que, lascomunicaciones por fibra óptica es una nueva aplicación de una vieja idea, donde se pasó de tener un medio portador como el aire a la fibra óptica. En 1976, C. Kao y C. Hockman publicaron un primer informe proponiendo la fibra óptica como un medio transmisor en donde las pérdidas podrían ser reducidas desde 1000dB/Km. a 20dB/Km. Ya en 1974 fue fabricada la primera fibra óptica con solo 4dB/Km.Luego, en los 80’, el desarrollo tecnológico de la fabricación de fibras evolucionó rápidamente obteniéndose en la actualidad pérdidas típicas del orden de 0.2dB/Km. Como ventajas importantes, un enlace de fibra óptica requiere en general de menos repetidores que uno con cable coaxil (para tasa de bits equivalentes), además es más liviana, de menor dimensión, más inmune a la EMI 1, y más apropiadapara transmisiones digitales. Un diagrama simplificado de un enlace de comunicación por fibra óptica se muestra en la figura 13.1.

Figura 13.1

La fuente óptica puede ser un LED o diodo láser con salida en la región de longitudes de onda entre 820-850nm. El medio de transmisión puede ser una o varias fibras ópticas que en general son de vidrio. El detector o receptor puede ser un diodo PIN o unode avalancha (APD). Cabe aclarar que en la industria óptica es más común hablar de longitudes de onda en lugar de frecuencias. Los sistemas ópticos operan hoy en la región entre los 800-900nm. En la figura 13.2, se observa el espectro óptico mencionado.

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EMI: Interferencia electromagnética

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Figura 13.2

13.1.2 Reflexión total – Apertura Numérica
La transmisión por fibras ópticas es posible por el fenómeno de reflexión interna total. Cuando la luz golpea una frontera entre dos materiales de diferentes índices de refracción, la trayectoria del rayo de luz se altera de dos maneras. Primero la luz serefleja, lo cual significa que la energía de luz se refleja y no entra en el material al otro lado de la frontera. El resto de la energía penetra en el material, pero la trayectoria del rayo de luz se altera (Figura 13.3).

Figura 13.3

El valor de refracción, o ángulo de desviación a partir de la trayectoria de la línea, está dada por la ley de Snell: n 2 cos θ 1 = (13.1) n1 cos θ 2 donde: n 1= índice de refracción del primer material n 2 = índice de refracción del segundo material θ1 = ángulo entre la superficie y el rayo incidente θ2 = ángulo entre la superficie y el rayo refractado Si el ángulo entre la superficie fronteriza y el rayo fuera pequeño, sería una situación en la cual el valor de la desviación del rayo a partir de la trayectoria en línea recta causa que la energía de luzno entre en el segundo material. Esto ocurre si el ángulo θ2 es igual a cero lo que se deduce como n θ c = cos −1 2 (13.2) n1 El ángulo θc se denomina ángulo crítico y representa una situación donde se refleja toda la energía de la luz. Si se tiene que el extremo de una fibra óptica da al aire, los rayos de luz que entran por ese extremo se refractan hacia el eje central de la fibra porque elíndice de refracción del

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vidrio es mayor que el del aire. El ángulo máximo φ que produce una reflexión interna al ángulo crítico; n senθ c senφ = 1 = n1 senθ c (13.3) n3 donde: n 1 = índice de refracción del núcleo de...