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

 

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

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

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