Unidad 5y6

TEMA 5.1

FUNCIONAMIENTO DE LA FIBRA ÓPTICA

La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

Las fibras ópticas después de un largo periodo de experimentación y enlaces pilotos, entre los años 1975 y 1980 entro en su etapa de empleo masivo. Los primeros enlaces se difundieron en el campo de las telecomunicaciones con fibras ópticas que tenían atenuaciones de hasta 50 db/km, hoy con distintos métodos de obtención de materiales de extrema pureza y de fabricación se obtiene fibras ópticas con atenuaciones de 0,2 db/km. Y enlaces de hasta 200 km. Sin tener que utilizar repetidoras.

A medida que se fue avanzando con el uso de las fibras ópticas no solo se utiliza en la transmisión de voz, sino que comenzó a utilizarse en la transmisión de datos. Uno de los lugares que tiene gran utilización es en el campo de la elaboración y transmisión de datos en el campo de la energía, destinados a la supervisión y control de equipos e instalaciones. El manejo de esta enorme cantidad de datos ha sido confiado tradicionalmente a distintos medios de comunicación (onda portadora, micro ondas, para largas distancias), normalmente estos datos a transmitir parten de lugares donde se trabaja con altas tensiones y dentro de fuente con fuertes campos magnéticos, los que fácilmente pueden producir interferencias. Al ser la fibra óptica un material totalmente dieléctrico no es afectada por este tipo de interferencias, además como la transmisión se realiza con fotones, es un elemento que se puede instalar sin que se corra ningún riesgo de corto circuito. La fibra óptica está constituida por dos cilindros coaxiales de silicio de alta pureza, que por medio de la reflexión de luz se logra transmitir información, presentando ventajas con respecto a los conductores de materiales metálicos, entre las principales figuran:

 Transmite luz, en consecuencia no se introduce interferencia.

 Tiene gran capacidad de transmisión (180 a 200 comunicaciones telefónicas a la vez) con respecto a los conductores de cobre.

 La transmisión no es interferida por campos eléctricos y magnéticos

 La energía puesta en juego en la transmisión es muy baja

 Gran ancho de banda

 Diámetro reducido

 Peso reducido

 Material totalmente dieléctrico: no existe posibilidad de tensiones inducidas que pueden producir chispas o cortocircuitos.

Funcionamiento

Para las transmisiones por fibra óptica se utilizan las longitudes de onda del infrarrojo, o sea 800 a 1600 nm, siendo los valores preferidos los de 850, 1300,1550 nm que es donde están las de menores interferencias.

Las fibras ópticas se componen de un cilindro material dieléctrico llamado núcleo rodeado por un revestimiento también dieléctrico con un índice de refracción ligeramente inferior al núcleo. La forma de propagación de la señal se basa en las propiedades de refracción y reflexión de la luz (reflexión total).

Reflexión total

En óptica la reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente.

Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.La reflexión interna total se utiliza en fibra óptica para conducir la luz a través de la fibra sin pérdidas de energía. En una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es crítico para la base y su revestimiento y se produce una reflexión interna total que preserva la energía transportada por la fibra.

En aparatos de óptica se prefiere utilizar la reflexión total en lugar de espejos metalizados. Como ejemplo de utilización de la reflexión total en aparatos corrientes encontramos el pentaprisma de las cámaras fotográficas réflex y los Prisma de Porro o Schmidt-Pechan de los prismáticos.

La reflexión interna total es responsable de los destellos de luz que se observan en un diamante tallado.

Ángulo crítico

El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación

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