| 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 |
|
c0
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
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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 reflección q1'
Reflección total interna
Para
que todos los haces de luz se mantengan dentro del núcleo debe
darse la reflección 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:
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AN = sen a
siendo el medio externo
aire o vacío |
Entonces, a mayor AN, mayor es el
ángulo de aceptancia.
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Cono de aceptancia |
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