Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS PARA PRACTICAS DE LABORATORIO EN OPTOELECTROCNICA UTILIZANDO EMISORES Y DETECTORES SEMICONDUCTORES Y FIBRAS OPTICAS Por: GUILLERMO RODRIGUEZ OBANDO Ciudad Universitaria Rodrigo Facio 12 del 2008

2 i DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS PARA PRACTICAS DE LABORATORIO EN OPTOELECTROCNICA UTILIZANDO EMISORES Y DETECTORES SEMICONDUCTORES Y FIBRAS OPTICAS Por: GUILLERMO RODRIGUEZ OBANDO Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Luis Diego Marín Naranjo Profesor Guía Ing. Max Obando Pradilla Profesor lector Ing. Leonardo Steller Profesor lector

3 ii DEDICATORIA A Dios primeramente y a mis padres por el apoyo brindado durante mis años de estudio, y en general a todas las personas que estuvieron ahí en todo momento RECONOCIMIENTOS Al profesor Luis Diego Marín, el cual ayudo con el desarrollo de este trabajo final y ha sido tutor en mi desarrollo personal en esta área de interés que es la óptica.

4 iii INDICE GENERAL INDICE DE FIGURAS... iv NOMENCLATURA... vii RESUMEN... viii CAPÍTULO 1: Introducción Objetivo general Objetivos específicos Metodología... 1 CAPÍTULO 2: Historia y Marco teórico de las fibras ópticas Historia Estructura de la fibra óptica Material de la fibra óptica Propiedades Óptica de fibra en comunicaciones Medio de transmisión Ancho de banda y distancia Tipos de Fibra Fibra multimodo Fibra monomodo Naturaleza de la radiación óptica y la luz Teoría corpuscular Teoría Ondulatoria Teoría Electromagnética Básico de óptica Espectro electromagnético Índice de refracción Guiado de radiación óptica Eficiencia de recolección de radiación óptica Transmisión en fibra óptica Atenuación en fibra óptica Dispersión y ancho de banda Diafonía y efectos no lineales Otros componentes ópticos Transmisores y emisores de radiación óptica Receptores y detectores de radiación óptica... 31

5 CAPÍTULO 3: Transmisión y recepción de datos a través de fibra óptica Operación del circuito EL LED y el buffer FOTODETECTOR Y AMPLIFICADOR IF-D92 (usando LED azul) D95T MOTOROLA MFOD75 (usando LED azul) CURVAS DE RESPONSIVIDAD DE LOS DETECTORES UTILIZADOS IF-D92 (usando LED rojo) D95T (usando LED rojo) MOTOROLA MFOD75 (usando LED rojo) IF-D92 (usando LED verde) CAPÍTULO 4: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS iv INDICE DE FIGURAS Figura 1 Fotófono... 3 Figura 2 Experimento de Tyndall... 4 Figura 3 Reducción atreves del tiempo de las perdidas en fibras ópticas... 6 Figura 4 Sección transversal de una fibra óptica monomodo de comunicaciones Figura 5. Componentes de un sistema de comunicación sobre fibra óptica Figura 6. Ejemplos simples de sistemas de comunicación Figura 7. Esquemático de diferentes tipos de fibras Figura 8. Onda de luz y sus componentes de campo electromagnético Figura 9. Espectro electromagnético Figura 10. Interferencia constructiva y destructiva Figura 11. Refracción de luz al entrar en vidrio Figura 12. Refracción a través de una placa de vidrio y una lente Figura 13. Refracción y reflexión total interna Figura 14. Guiado de radiación óptica en una fibra óptica simple (esquema) Figura 15. Medición del ángulo de aceptación Figura 16. Atenuación en curvatura... 27

6 Figura 17. Atenuación en curvatura Dos Figura 18. Pérdida como función de la frecuencia Figura 19. Dispersión de pulso Figura 20. Identificación de componentes Figura 21. Esquemático del circuito transmisor Figura 22. Esquemático del circuito receptor Figura 23. Señales en el osciloscopio a Hz utilizando un LED azul en el transmisor y un IF-D92 (fototransistor) en el receptor Figura 24. Señales en el osciloscopio a Hz utilizando un LED azul en el transmisor y un IF-D92 (fototransistor) en el receptor Figura 25. Señal en el osciloscopio de la patilla TP2 (parte inferior de la imagen) a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un IF-D92 (fototransistor) en el receptor.. 39 Figura 26. Señal en el osciloscopio de la patilla TP3 (parte inferior de la imagen) a 1.613kHz utilizando un LED azul en el transmisor y un IF-D92 (fototransistor) en el receptor Figura 27. Señal en el osciloscopio de la patilla (DATA) (parte inferior de la imagen) a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un IF-D92 (fototransistor) en el receptor Figura 28. Retardo en las señales al ir aumentando la frecuencia de entrada en el transmisor. Esta es una imagen captada a khz Figura 29. Perdida de aproximadamente 3dB, tomada a khz en la entrada del transmisor Figura 30. Perdida casi por completo de la señal (limite de frecuencia) Figura 31. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 32. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 33. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 34. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 35. Perdida por completo de la señal a más de khz utilizando un LED azul en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 36. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un MFOD75en el receptor Figura 37. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un MFOD75en el receptor v

7 Figura 38. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un MFOD75en el receptor Figura 39. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un MFOD75en el receptor Figura 40. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED azul en el transmisor y un MFOD75en el receptor Figura 41. La señal se pierde a valores mayores de khz utilizando un LED azul en el transmisor y un MFOD75en el receptor Figura 42. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un IF-D92 (fototransistor) en el receptor Figura 43. Señales en el osciloscopio a Hz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 44. Señales en el osciloscopio a Hz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 45. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 46. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 47. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 48. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 49. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 50. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 51. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un D95T (photologic detector) en el receptor Figura 52. Señales en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un MFOD75 en el receptor Figura 53. Señales que se pierde en el osciloscopio a khz utilizando un LED rojo en el transmisor y un MFOD75 en el receptor Figura 54. Señales que se pierde en el osciloscopio a 17.6 khz utilizando un LED verde en el transmisor y un IF-D92 en el receptor vi

8 vii NOMENCLATURA µ Micrómetros (10-6 m) λ NA Hz db Longitud de onda Apertura numérica Hertz (ciclos por segundo) Decibelio IRED Emisor infrarrojo n índice de Refracción θ c Angulo critico LED Diodo emisor de luz h Constante de Planck R Responsividad c Velocidad de la Luz f Frecuencia POF fibra óptica de plástico

9 viii RESUMEN En este proyecto lo que se realizo fueron 3 transmisores y 3 receptores para realizar un enlace óptico por medio de fibra óptica, esto se realizo con 3 LED s de diferente longitud de onda, en especifico de colores azul, rojo y verde. Una vez construidos los transmisores y los receptores se procedió a realizar la toma de datos correspondientes. Con ayuda de las curvas de Responsividad de los detectores y en general con las hojas de fabricante se procedió a realizar un análisis de las características de transmisión que estos presentan, de igual manera para la fibra óptica en si. AL comparar los datos se realiza un análisis acerca de cómo esta forma de mediciones puede ser aplicada a el desarrollo de prácticas de laboratorio para cursos como optoelectrónica en el laboratorio de Fotónica y tecnología laser aplicada (LAFTLA).

10 1 CAPÍTULO 1: Introducción En este capitulo se habla acerca de los objetivos de este proyecto y su metodología a desarrollar Y es que la constante evolución de la tecnología, nos lleva a querer dominar y entender más a fondo temas de ingeniería eléctrica, en especial de la electrónica y las telecomunicaciones. El mundo requiere una transmisión de información lo más económica y eficientemente posible. 1.1 Objetivo general Analizar y montar practicas de laboratorio en optoelectrónica para el LAFTLA Objetivos específicos Desarrollar prácticas de laboratorio para caracterizar emisores semiconductores como VLED e IRED. Desarrollar prácticas de laboratorio para caracterizar fotodiodos y otros fotodetectores semiconductores. Desarrollar prácticas de laboratorio para caracterizar fibras ópticas dieléctricas con emisores y detectores semiconductores. 1.2 Metodología Para este desarrollo de la práctica se construirán 3 transmisores y 3 receptores en unas tarjetas impresas de la industria Industrial fiber optics, y a partir de los cuales se tomaran las notas necesarias para la toma de resultados y análisis de la caracterización de los componentes empleados en ellas. Se tomaran las medidas con 3 diferentes tipos de emisores y 3 diferentes tipos de detectores con el fin de tener un amplio rango de caracterizaciones y así hacer la clasificación de los datos cualitativos y cuantitativos.

11 2 La transmisión de datos la realizaremos alimentando nuestro transmisor con un generador de señales alimentando también con 5 Volts el receptor y el transmisor, además de que se utilizara una fibra óptica del tipo POF para realizar el enlace. CAPÍTULO 2: Historia y Marco teórico de las fibras ópticas. 2.1 Historia La transmisión de información ha sido un tema de mucha importancia para todos hoy en día. Desde hace mucho tiempo ya, el hombre ha hecho uso de la luz para transmitir mensajes por medio de señales de humo, fuego o banderas 1. La propagación de la luz en un medio protegido fue sugerida dándose soluciones que incorporaban tuberías o tubos con diferentes arreglos de lentes para dar el enfoque necesario. En 1874 el ingeniero Chicolev en Rusia conducía la luz solar través de tubos metálicos huecos espejados por dentro, hacia recintos donde era peligroso el uso de antorchas o llamas, por ejemplo en fábricas de pólvora. El interés por un mejor uso y control de la luz, ocurre cuando en 1880, Alexander Graham Bell, desarrollo un método que usaba la conversación humana para modular la intensidad de un haz de luz, obteniendo la patente para el fotófono 1. El Fotófono fue un dispositivo que permitía la transmisión de sonido por medio de una emisión de luz, utilizaba celdas sensibles a la luz elaboradas con cristal de selenio, una de sus propiedades es que la resistencia eléctrica varía inversamente con la iluminación. El principio básico del fotófono consistía en modular una emisión de luz directamente al receptor, fabricado en Selenio, que era donde se conectaba un teléfono. La modulación era hecha por un espejo vibratorio o por un disco rotatorio que periódicamente obscurecían el haz de luz. No tuvo mucha aplicación ya que la calidad de comunicación permaneció pobre y la investigación no fue continuada por Bell. Posteriormente este invento sirvió como base al desarrollo de las comunicaciones utilizando fibra óptica y láser.

12 3 Figura 1 Fotófono La figura 1 muestra el esquemático del dispositivo. Poco antes de este acontecimiento, Heinrich Hertz, publico sus tratados de propagación de ondas de radio electromagnéticas, en que establecía diferencias con las señales de luz. Las cuales al final provocaron que el interés por las comunicaciones ópticas se fuera perdiendo. Max Planck, al comienzo del siglo XX, postuló que para ser descrita correctamente, se tenía que asumir que la luz de frecuencia ν es absorbida por múltiplos enteros de un cuanto de energía igual a hν, donde h es una constante física universal llamada Constante de Planck. E hv En 1905, Albert Einstein utilizó la teoría cuántica recién desarrollada por Planck para explicar otro fenómeno no comprendido por la física clásica: el efecto fotoeléctrico. El uso de las fibras ópticas de vidrio para guiar la luz, toma un gran atractivo ya que su tamaño, peso y fácil manejo, flexibilidad y costo encantan a los usuarios. Un fenómeno de la óptica llamado reflexión total interna puede confinar luz dentro de vidrio u otros materiales

13 4 transparentes más densos que el aire que los rodea. Si la luz en el vidrio incide la superficie interior a un ángulo rasante, este no puede pasar hacia fuera del material y más bien es reflejado hacia adentro. Los sopladores de vidrio probablemente vieron este efecto hace mucho en barras dobladas de vidrio, pero no fue reconocido hasta 1841 cuando el físico suizo Daniel Collandon lo usó en sus populares lecciones de ciencia 2. Las primeras demostraciones de esta característica, las realizo en 1870 John Tyndall, quien demostró que un chorro de agua era capaz de conducir un haz de luz. Figura 2 Experimento de Tyndall Ya mas tarde, en 1910 Hendros y Debye en Alemania experimentan con varillas de vidrio como guías de onda dieléctricas. Tiempo después en 1927 Baird (Inglaterra) y Hansell (USA) patentan un sistema que puede transmitir imágenes por medio de fibras de silicio. Y no es hasta en 1934 que French patenta un sistema de varillas rígidas de vidrio que transmiten señales de voz. No obstante fue hasta la década de los cincuenta, que las fibras ópticas empiezan a tener aplicación práctica principalmente en el campo de la transmisión de imágenes por paquetes flexibles. Solamente en 1950 las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder Singh Kapany, apoyándose en los estudios de John Tyndall, realizó experimentos que condujeron a la invención de la fibra óptica. Uno de los primeros usos de la fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la transmisión de imágenes, que se usó en el endoscopio médico. Usando la fibra óptica, se consiguió un

14 5 endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Michigan en En este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo índice de refracción, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. Charles Kao, en su tesis doctoral de 1956, estimó que las máximas pérdidas que debería tener la fibra óptica, para que resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 db/km. En 1970 los investigadores Maurer, Keck, Schultz y Zimar que trabajaban para Corning Glass fabricaron la primera fibra óptica aplicando impurezas de titanio en sílice. Las pérdidas eran de 17 db/km. Durante esta década las técnicas de fabricación se mejoraron, consiguiendo pérdidas de tan solo 0,5 db/km. Y en 1978 ya se transmitía a 10 Gb km/segundos. En 1966 un comunicado dirigido a la British Association for the Advancement of Science, los investigadores Charles Kao y G.A. Hockham, de Inglaterra, propusieron el uso de fibras de vidrio y luz, en lugar de electricidad y conductores metálicos, en la trasmisión de mensajes telefónicos. La obtención de tales fibras exigió grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces presentaban pérdidas de orden de 100 db por kilómetro, además de una banda pasante estrecha y una enorme fragilidad mecánica. Mientras tanto, como resultado de los esfuerzos, se hicieron nuevas fibras con atenuación de 20 db por kilómetro y una banda pasante de 1 GHz para un largo de 1 km, con la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilización de fibras de 100 µm de diámetro, envueltas en nylon resistente, permitirían la construcción de hilos tan fuertes que no puedan ser rotos con las manos. Hoy ya existen fibras ópticas con atenuaciones tan pequeñas como de 1 db por kilómetro, lo que es muchísimo menor a las pérdidas de un cable coaxial. El 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envió la primera transmisión telefónica a través de fibra óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California. El amplificador que marcó un antes y un después en el uso de la fibra óptica en conexiones interurbanas, reduciendo el coste de ellas, fue el amplificador óptico inventado por David Payne de la Universidad de Southampton, y por Emmanuel Desurvire en los laboratorios de Bell. A los cuales les fue dada la medalla Benjamin Franklin en 1988.

15 6 El primer enlace transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en Desde entonces se ha empleado fibra óptica en multitud de enlaces transoceánicos o entre ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los usuarios finales. Figura 3 Reducción atreves del tiempo de las perdidas en fibras ópticas 2.2 Estructura de la fibra óptica La estructura básica de una fibra óptica es muy simple. El núcleo que guía la radiación óptica por la fibra se hace de un material de un índice de refracción más alto que el recubrimiento que lo rodea, según la figura 4 Figura 4 Sección transversal de una fibra óptica monomodo de comunicaciones 2

16 7 La diferencia de índices de refracción causa la reflexión total interna que guía la luz a través del núcleo. Los tamaños de núcleo y recubrimiento varían ampliamente en diferentes tipos de fibras. La frontera entre núcleo y recubrimiento puede ser abrupta o gradual, con el cambio de índice de refracción abrupto o gradual. Algunas fibras de alto desempeño tienen múltiples capas en la frontera núcleo recubrimiento. 2 El diámetro de recubrimiento normalizado es 125 µm. Un revestimiento de plástico incrementa el diámetro a 250 µm facilitando el manejo y protegiendo la superficie de vidrio de la fibra de raspaduras y otros daños mecánicos. Las fibras usadas para imágenes pueden ser muy pequeñas con diámetros de algunos micrómetros; algunas fibras de propósito especial son de más de un milímetro de grueso. Las dimensiones de fibras son dadas siempre en unidades métricas Material de la fibra óptica Existen varios materiales que pueden ser utilizados en la fabricación de la fibra, pero solo algunos de ellos tienen las siguientes características especiales requeridas por la fibra. 1) El material debe permitirnos fabricar fibras, delgadas, flexibles y largas. 2) El material debe ser transparente a una longitud de onda particular para poder guiar la luz de manera eficiente. 3) Compatibilidad física de los materiales que tengan pequeñas diferencias de índice refractivo para el núcleo y el cladding. 4) Finalmente, debe de ser un material que sea abundante y barato. Dos de los materiales que cumplen con estos requisitos son el plástico y el vidrio La mayoría de las fibras se hacen de vidrio puro, con pequeños niveles de contaminación para ajustar el índice de refracción. Desde el punto de vista químico, las fibras más claras usadas en comunicaciones son esencialmente de dióxido de silicio puro (SiO2), conocido como sílice. Unas

17 8 pocas fibras de vidrio tienen recubrimientos de plástico, pero el plástico se usa típicamente solo para el revestimiento externo para protección mecánica. 2 Las fibras de propósito especial pueden ser hechas de otros materiales. Por ejemplo, compuestos de flúor son más transparentes a longitudes de onda largas en el IR comparado con el sílice, por lo que a veces se usan en aplicaciones en el IR Propiedades Mecánicamente, las fibras son rígidas y generalmente muy fuertes. Las fibras delgadas son más flexibles que las gruesas. Las fibras de vidrio son sorprendentemente fuertes, pero pueden fallar si la superficie sufre raspaduras que se propagan a través de la sección transversal. El revestimiento de plástico protege a la superficie de la fibra de daño mecánico. Las propiedades ópticas de las fibras dependen de su estructura y de su composición Óptica de fibra en comunicaciones La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes de telecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de vidrio, por la baja atenuación que tienen. La idea básica para comunicación por fibra es simple Figura 5. Componentes de un sistema de comunicación sobre fibra óptica 2

18 9 El ejemplo de la figura 5 es un sistema punto a punto simple de transmisor a receptor, como el utilizado en este trabajo a desarrollar. Una señal de entrada en el transmisor modula al emisor de luz o radiación óptica produciendo una señal óptica que viaja por la fibra óptica hasta un detector en el receptor donde se decodifica la señal. 2 Los sistemas reales de comunicación son más complejos. La figura 6 muestra otros tipos de sistemas de comunicación Medio de transmisión Figura 6. Ejemplos simples de sistemas de comunicación 2 En óptica de fibra las señales se transmiten en forma de radiación óptica o luz por la fibra óptica. La luz puede pasar también por el aire y unos pocos sistemas de comunicación envían señales ópticas cortas distancias a través del espacio libre.

19 10 Diferentes medios se prefieren para diferentes labores de comunicación. La escogencia depende de la función y la naturaleza del medio de transmisión Ancho de banda y distancia Dos factores claves que determinan la escogencia del medio de transmisión son cuanta información puede portar la señal y que tan largo puede llegar. La capacidad de transmisión de la señal se llama ancho de banda, depende del transmisor, el receptor y del medio de transmisión. La máxima distancia de transmisión depende también del transmisor, el receptor y el medio de transmisión. Una gran ventaja de la fibra óptica es que puede portar señales de gran ancho de banda sobre muy largas distancias comparado a los cables de pares de cobre o coaxiales. Las fibras pueden también transmitir señales digitales muy bien lo cual es deseable ya que las redes de telecomunicaciones globales usan transmisión digital. Una ventaja adicional es que la mayoría de los sistemas sobre fibra óptica pueden ser mejorados para transmitir a más alta velocidad simplemente remplazando el transmisor y el receptor. Muchas fibras ópticas pueden transmitir simultáneamente señales en canales ópticos separados, multiplicando su capacidad total de transmisión. 2 Las fibras ópticas presentan otras ventajas por las que se eligen en ciertas aplicaciones. Los cables con fibras ópticas pueden ser la única opción para ajustarse en lugares muy cerrados. Para sistemas portátiles la fibra es más liviana que otros tipos de cables. La fibra es inherentemente segura y es difícil de derivar información, importante en aplicaciones militares y redes de datos financieros. La fibra no conduce electricidad y no puede causar chispas, muy importante en refinerías y plantas de procesamiento químico donde en el aire hay trazas de gases explosivos. La fibra es inmune a interferencia electromagnética (EMI) que puede generar ruido de fondo que opaca la transmisión de señal sobre el alambre de cobre. 2

20 Tipos de Fibra Fibra multimodo Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km; es simple de diseñar y económico. Su distancia máxima es de 2 km y usan diodos láser de baja intensidad. El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión. Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo: Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal. Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales Fibra monomodo Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 100 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s). A continuación se muestra una figura que representa las características de estos dos tipos diferentes de fibras.

21 12 Figura 7. Esquemático de diferentes tipos de fibras. 2.4 Naturaleza de la radiación óptica y la luz La naturaleza de la luz ha sido estudiada desde hace muchos años por muchos científicos tan notables como Newton y Max Plank. La naturaleza de la luz ha sido interpretada de diversas maneras: 1. Como compuesta por corpúsculos que viajaban por el espacio en línea recta (teoría corpuscular - Newton ). 2. Como ondas similares a las del sonido que requerían un medio para transportarse (el Éterteoría Ondulatoria - Huygens , Young y Fresnel). 3. Como ondas electromagnéticas, al encontrar sus características similares a las ondas de radio (teoría electromagnética - Maxwell ). 4. Como paquetes de energía llamados cuantos (Plank). 5. Finalmente Broglie en 1924 unifica la teoría electromagnética y la de los cuantos (que provienen de la ondulatoria y corpuscular) demostrando la doble naturaleza de la luz.

22 Teoría corpuscular Newton descubre en 1666 que la luz natural, al pasar a través de un prisma es separada en una gama de colores que van desde el rojo al azul. Newton concluyendo que la luz blanca o natural está compuesta por todos lo colores del arco iris. Isaac Newton propuso una teoría corpuscular para la luz en contraposición a un modelo ondulatorio propuesto por Huygens. Supuso que la luz está compuesta por una granizada de corpusculos o partículas luminosas, los cuales se propagan en línea recta, pueden atravesar medios transparentes y ser reflejados por materias opacas. Esta teoría explica la propagación rectilínea de la luz, la refracción y reflexión; pero no explica los anillos de Newton (irisaciones en las láminas delgadas de los vidrios), que sí lo hace la teoría de Huygens, ni tampoco los fenómenos de interferencia y difracción. Newton, experimentalmente demostró que la luz blanca, al traspasar un prisma, se dispersa en rayos de colores y que éstos, a su vez, al pasar por un segundo prisma no se descomponen, sino que son homogéneos. De esta descomposición de la luz deduce y demuestra que al dejar caer los rayos monocromáticos sobre un prisma, éstos se recombinan para transformarse en luz blanca. Se desprende así que ésta resulta de una combinación de rayos coloreados que poseen diferentes grados de refrangibilidad; desde el violeta (el más refrangible) hasta el rojo (que tiene el menor índice de refracción). La banda de los colores prismáticos forma el espectro, cuya investigación y estudio conduciría, en la segunda mitad del siglo XIX, a varios hallazgos ribeteados con el asombro. Con su hipótesis corpuscular, intentó explicar el fenómeno de los anillos de colores engendrados por láminas delgadas (anillos de Newton) e interpretó igualmente la refracción de la luz dentro de la hipótesis corpuscular, aceptando que las partículas luminosas, al pasar de un ambiente poco denso (aire) a otro más denso (cristales), aumentan su velocidad debido a una atracción más fuerte. Y que hay que mencionar que esta conclusión, en nada es coincidente, con la teoría ondulatoria de la luz. La teoría sobre una naturaleza corpuscular de la luz, sustentada por el enorme prestigio de Newton, prevaleció durante el siglo XVIII, pero debió ceder hacia mediados del siglo XIX frente a la teoría ondulatoria que fue contrastada con éxito con la experiencia.

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