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 Fibras ópticas  por Sergio Schnitzler (YIO multimedia)

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Acopladores distribuidores por fusión o Fusion Couplers o Splitters

Permiten la derivación de la señal óptica por dos o más fibras distintas

Se pueden clasificar en:

Distribuidores en serie: 

son acopladores en T

Acoplador para Fibras Opticas tipo T - Splitter

 

Distribuidores en estrella:

Acoplador para Fibras Opticas tipo Estrella

Acoplador para Fibras Opticas o Coupler

Cada salida puede tener un determinado valor de atenuación de la luz, expresada en dB.

También se clasifican en:

  • Estandar (Standard couplers)
    (SSC = Standard Singlemode Couplers) para una longitud de onda con desviaciones mínimas, por ej.: 1310 +/- 5nm.
  • De una ventana (Single window couplers)
    (WFC = Wavelength Flattened Couplers) para un rango de longitudes de onda, por ej.: 1310 +/- 40nm.
  • De dos ventanas (Dual window couplers)
    (WIC = Wavelength Independent Couplers) para dos rangos de longitudes de onda, por ej.: 1310 +/- 40 y 1550 +/- 40nm.
  • Multiplexores de longitud de onda (Wavelength multiplexers)
    (WDM = Wavelength Division Multiplexers) para dos longitudes de onda separadas, por ej.: 1310 and 1550 nm.

Ventanas y LASERs

La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación (variación) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el espectro ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infra-rojo.

Si bien es invisible al ojo humano, hay que evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cual se le esté inyectando luz, puesto que puede dañar gravemente la visión.  

Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas porciones del espectro lumínico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda ( l ), expresadas en nanometros:

Primera ventana    800 a  900 nm   l utilizada   = 850nm

Segunda ventana  1250 a 1350 nm   l utilizada  = 1310nm

Tercera ventana    1500 a 1600 nm   l utilizada  = 1550nm

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LASER

Para poder transmitir en una de estas ventanas es necesaria una fuente de luz "coherente", es decir de una única frecuencia (o longitud de onda), la cual se consigue con un componente electrónico denominado LD ó diodo LASER (Light Amplification by Estimulated Emision of Radiation). Este componente es afectado por las variaciones de temperatura por lo que deben tener un circuito de realimentación para su control.

También pueden usarse diodos LED.

Detectores ópticos

Como receptores ópticos se utilizan fotodiodos APD o diodos pin (PIN-PD) que posen alta sensibilidad y bajo tiempo de respuesta.

El APD también requiere de un ajuste automático ante variaciones de temperatura.

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Indice de Refracción

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material, que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material). 

El efecto de la refracción se puede observar fácilmente introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua, debido a la diferencia de índices de refracción entre el agua y el aire. 

Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula por la siguiente fórmula:

n
=

 

c


v
           n   : índice de refracción del medio en cuestión
   
       co  : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)
           v   : velocidad de la luz en el medio en cuestión

Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio.

Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1.

En el vacío: n=1
En otro medio: n>1

Ley de refracción (Ley de Snell)

n1 . sen q1 = n2 . sen q2

q1: ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie

q2: ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

 

haz-luz-incidente-reflejado-refractado

El ángulo de incidencia q1 es igual al ángulo de relexión q1'

Reflexión total interna
Para que todos los haces de luz se mantengan dentro del núcleo debe darse la reflexión total interna, y esta depende de los índices de refracción y del ángulo de incidencia:

Ejemplo:

n1=1.5    n2=1.3  

 n1 . sen q1 = n2 . sen q2 

1.5 . sen q1 = 1.3 . sen 90o     (sen 90o =1)

sen q1 = 1.3 / 1.5   =>    q1 > 60o

fo4-haz-luz-incidente-reflejado-refractado-contenido
Entonces, para que todo el caudal de luz se propague dentro de la fibra, en el ejemplo el ángulo de incidencia debe ser mayor o igual a 60o .

Nota: Una fibra necesariamente debe tener revestimiento (cladding), puesto que si no lo tuviera, a pesar de seguir cumpliéndose que el índice del núcleo es mayor que el del revestimiento que sería el vacío, ante cualquier suciedad o cuerpo que se adhiriera a la fibra, en dicho punto ya no se cumpliría esa condición y se produciría una pérdida por refracción hacia afuera.  

 

Apertura numérica
Es un indicador del ángulo máximo con que un haz de luz puede ingresar a la fibra para que se produzca la reflexión total interna:

       AN = sen a

siendo el medio externo aire o vacío

Entonces, a mayor AN, mayor es el ángulo de aceptancia.

cono-de-aceptancia-de-luz-fibras-opticas     Cono de aceptancia

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