Fibra Óptica

Una fibra óptica consiste en dos regiones concéntricas. La región interna es un filamento transparente llamado núcleo, cuyo diámetro suele estar comprendido entre 8 y 600 micras dependiendo del tipo de fibra óptica, y su índice de refracción es superior a la región externa. La región exterior consiste de un revestimiento de cuarzo o plástico al igual que el núcleo. Resultando que la luz inyectada en un extremo de la fibra, dentro de un determinado ángulo conocido como abertura numérica, es totalmente reflejada cada vez que incide en límite del núcleo/revestimiento. La luz continua reflejándose múltiples veces a través de la fibra por esta reflexión interna total, hasta que sale por el otro extremo.

El revestimiento se encuentra rodeado de una tercera capa, la cubierta protectora, de material plástico. 

Mecanismos ópticos básicos

Una fuente luminosa (una linterna) situada para iluminar el extremo final de un tubo, del cual asumimos que su superficie interna es reflectante. El haz luminoso es divergente, entonces no todos los rayos serán acoplados en el interior del tubo. Bajo estas condiciones hay una pérdida de energía en el extremo final del tubo. 

Se inserta una lente entre la fuente luminosa y el tubo para enfocar la luz en un haz más estrecho. Aunque el diámetro interior del tubo no ha variado, ahora se acopla más energía dentro del tubo y llega más energía al final del tubo. 

Por lo tanto, cualquier fuente luminosa que emita un haz estrecho de luz puede

acoplarse dentro de una guía luminosa (o sea, el tubo) de forma eficiente. El término que

describe la capacidad de recoger luz de una guía luminosa es la abertura numérica (NA) la

cual se aplica en fibras ópticas.

Propagación

A las ondas luminosas se les referencia por su longitud de onda, que está relacionada con la frecuencia mediante la expresión λ= c/f, donde λ es la longitud de onda, c la velocidad de la luz y f es la frecuencia.

Como la luz es una forma de onda electromagnética, sus propiedades han de ser descritas a partir de las ecuaciones de Maxwell. El método riguroso de cálculo de la intensidad y la fase de una onda luminosa implica, entonces, utilizar dichas ecuaciones.

Ahora bien, debido a que la longitud de ondas de las ondas electromagnéticas que se propagan (infrarrojo y visible) es muy pequeña, el estudio de la propagación en el interior de la fibra puede efectuarse con el modelo simplificado de rayos luminosos y leyes de la óptica geométrica.

 De esta forma, el estudio de la llegada de la onda o rayo luminosos a la superficie de separación entre dos medios con diferente índice de refracción, se puede realizar de dos formas:

• Como una onda óptica, donde deberá resolverse la ecuación de onda, la cual impone las condiciones de contorno.
•  Como un rayo luminoso, mediante la ley de Snell y la reflexión total.

TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

 Dependiendo del tipo de propagación de la señal luminosa en el interior de la fibra, Éstas se clasifican en los siguientes grupos:

•  Multimodo
•  Monomodo

En una fibra monomodo, la luz puede tomar un único camino a través del núcleo, que mide alrededor de 10 micras de diámetro. Las fibras multimodo tienen núcleos entre 50 y 1000 micras. Las fibras monomodo son más eficaces a largas distancias, pero el pequeño diámetro del núcleo requiere un alto grado de precisión en la fabricación, empalme y terminación de la fibra.

La fibra óptica también se clasifica en función del índice de refracción, siendo de dos

tipos:

• Salto de índice
• Índice gradual

En las fibras de índice gradual, el índice de refracción es inferior en las proximidades del revestimiento que en el eje de la fibra. Las ondas luminosas se propagan ligeramente más lentas en las proximidades del eje del núcleo que cerca del revestimiento.

Atendiendo al material de la fibra, éstas pueden clasificarse:

•  Fibras de vidrio
•  Fibras de material plástico

Estas últimas se utilizan para comunicaciones a muy cortas distancias. Suelen emplearse para interconexión de equipos situados en un mismo edificio, conexión de equipos digitales de audio y en pequeñas redes de ordenadores.

Dentro de las dos primeras clasificaciones generales (tipo de propagación e índice de refracción), tenemos tres tipos básicos de fibra óptica:

• Fibra multimodo de salto de índice
• Fibra multimodo de índice gradual
• Fibra monomodo

Generalmente se utilizan las fibras multimodo en la primera y segunda ventanas, y monomodo en la segunda y tercera ventanas.