FIBRA OPTICA ESCALONADA

Transcripción

1 FIBRA OPTICA ESCALONADA En este tipo de fibra óptica multimodo viajan varios rayos ópticos simultáneamente. Estos se reflejan con diferentes ángulos sobre las paredes del núcleo, por lo que recorren diferentes distancias, y se desfasan en su viaje dentro de la fibra, razón por la cual la distancia de transmisión es corta. Hay que destacar que hay un límite al ángulo de inserción del rayo luminoso dentro de la fibra óptica, si este límite se pasa el rayo de luz ya no se reflejará, sino que se refractará y no continuará el curso deseado. Por lo tanto, el índice de refracción n1, debe ser mayor que el del recubrimiento n2, teniendo en cuenta la reflexión total en la superficie de ambos vidrios. Perfil del índice de refracción

2 FIBRA OPTICA ESCALONADA Propagación de Ondas A partir de las Ecuaciones De Maxwell: En el Sílice P = 0. No magnético. Ecuación de onda en el dominio de la frecuencia:

3 FIBRA OPTICA ESCALONADA Propagación de Ondas

4 Modo de Transmisión Óptico Relacionada con una solución específica de la ecuación de onda óptica. Para cada modo se cumple condiciones de frontera especificas. La distribución espacial de campo óptico, no varia con la propagación

5 Modo de Transmisión Óptico La solución de la ecuación para ρ se hace por medio de las funciones de Bessel:

6 FUNCIONES DE BESSEL Son soluciones canónicas y(x) de la ecuación diferencial de Bessel: donde α es un número real o complejo. El número α se denomina orden de las funciones de Bessel asociadas a dicha ecuación. APLICACIONES: las funciones de Bessel son especialmente importantes en muchos problemas de propagación de ondas descrito por las ecuaciones de Helmoltz o Laplace en simetrías cilíndricas o esféricas. Ondas electromagnéticas en guías de onda cilíndricas. Modos transversales electromagnéticos en guías ópticas. Modos de vibración de una membrana delgada circular (o con forma de anillo).

7 FUNCIONES DE BESSEL El número α se denomina orden de las funciones de Bessel asociadas a dicha ecuación. Primera clase, orden m Segunda clase, orden m Modificadas de primera clase, orden m Modificadas de segunda clase, orden m

8 MODOS DE PROPAGACION EN FIBRA OPTICA Modo de propagación Híbrida: Es un modo donde hay componentes tanto de campo magnético como de campo eléctrico en la dirección de propagación. Ez y Hz son diferentes de cero. Modos transversales: Eléctrico (TE): Hz > Ez; m=0 y Ez = 0. Magnético (TM): Ez > Hz; m = 0 y Hz = 0 Índice modal o índice efectivo η: η = β/k0. η1 1 > η > η2. η >= η2 El modo se propaga. Atenuación exponencial. η <= η2 El modo no se propaga. Sin atenuación exponencial. η = η2 Corte del modo

9 FIBRA OPTICA 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). Soporta solo el modo fundamental HE11. Todos los modos superiores alcanzan el corte. HE11 no tiene corte. Condición de propagación: Valor de V: TE01 y TM01 alcanzan el corte.

10 Fibra óptica de Doble Refracción Surge cuando los modos no están degenerados. Lo cual se debe a condiciones de asimetría y no uniformidad del núcleo. El grado de la doble refracción viene dado por: Se presentan estados de polarización: Eje rápido: Índice modal pequeño. Rápido Propagación. Eje lento: Índice modal grande. Propagación lenta. Este tipo de fibra opera en el rango de 2<V<2.4

11 DISPERSION EN LA FIBRA OPTICA DISPERSION DE LA VELOCIDAD DE GRUPO DISPERSION MATERIAL DISPERSION DE GUIA DE ONDA DISPERSION DE ORDENES SUPERIORES DISPERSION DEL MODO DE POLARIZACION

12 DISPERSION DE LA VELOCIDAD DE GRUPO Cuando las ondas son dispersivas, la velocidad del grupo de ondas es generalmente distinta que la velocidad de fase promedio de los componentes individuales. Por tanto, estos componentes individuales se pueden mover a lo largo del grupo a medida que éste se vaya propagando. Asimismo, por lo general el grupo se va ensanchando con el paso del tiempo; es decir, la energía se dispersa.

13 DISPERSION MATERIAL Es el principal causante de la dispersión, y consiste en que el índice de refracción del silicio, material usado para fabricar las fibras ópticas, depende de la frecuencia. Por ello, las componentes de distinta frecuencia, viajan a velocidades diferentes por el silicio

14 DISPERSION DE GUIA DE ONDA Este parámetro de dispersión por efecto guía onda, DW, es función de la frecuencia normalizada, V, dependiendo, por tanto, del radio del núcleo, a, de los índices de refracción del núcleo y la cubierta y de la longitud de onda