Caracteristicas de la fibra optica
Debido a la simetría circular se tiene que todos los rayos de luz que inciden dentro del cono con ángulo Φ se encontrarán con un ángulo mayor al crítico y por lo tanto serán guiados dentro del núcleo sin refracción. Los que estén fuera del cono sufrirán sucesivas refracciones y se atenuarán paulatinamente en los primeros metros de fibra óptica. Incluso en pequeñas curvaturas cambiarán las condiciones de reflexión y existirá refracción parcial introduciendo una atenuación sobre la energía propagada.
Se denomina apertura numérica NA (Numerical Aperture) al valor sin unidad;
NA = sen Φ = (n12-n22)1/2
El valor de NA para el ejemplo que se desarrolla será 0,17. Los valores típicos reales se encuentran entre 0,2 y 0,25. Una elevada NA permite un mejor acoplamiento (mayor introducción de luz en el núcleo), pero incrementa la atenuación.
Si dos fibras ópticas tienen igual NA se tiene que el ángulo de emisión de luz es igual al de aceptación de la siguiente y por lo tanto se produce un acoplamiento de luz perfecto. En los cables de cobre la característica que determina una condición semejante es la impedancia de la línea Zo. Si dos líneas tienen igual impedancia Zo el acoplamiento de energía es completo y no existe onda reflejada (Pérdida de retorno). Por lo tanto, se suele comparar la característica de apertura numérica de las fibras ópticas con la impedancia característica de las líneas o guías de ondas.
En el tipo de fibras ópticas bajo análisis , denominadas multimodo, los distintos rayos propagados recorren distintos caminos, sufriendo, según el ángulo, distintas reflexiones. Se tiene de esta forma que al introducir en el extremo de la fibra óptica un impulso de luz, en el otro extremo se produce una dispersión en la llegada de los distintos rayos. En otras palabras, si se inyecta a un mismo tiempo un determinado número de fotones (partícula asociada a la energía electromagnética) en la salida se identificarán en el tiempo debido a los distintos recorridos. En realidad, la identificación de cada fotón requiere de un instrumento de detección de muy alta velocidad de respuesta (gran ancho de banda), como el contador de fotones. Con instrumentos de detección más simples se obtiene una medida que es la integración de la energía recibida y se asocia generalmente a un pulso de forma gaussiana. A esta dispersión o apertura del impulso de ingreso se la denomina modal o intermodal debido a que en la teoría electromagnética se denomina modo de propagación al rayo de la física clásica. La definiciónde la dispersión modal se realiza con pulsos gaussianos de entrada y salida, escribiéndose como:
Wm = (Ws2-We2)1/2
donde We es la apertura del impulso de entrada a mitad de altura y Ws la apertura de la salida. La dispersión modal resulta ser el ensanchamiento adicional del pulso de entrada. Al considerar al pulso en el tiempo con forma de onda gaussiana se puede escribir:
S(t) = exp[-2,77.(t/Wm)2]
Para conocer las características de transferencia de la fibra óptica debemos encontrar la transformada de Fourier de S(t):
S(f) = 0,17.Wm.exp (-3,56.f 2.Wm2)
De esta forma se tiene que el ancho de banda definido a 3 dB de atenuación de potencia óptica respecto al nivel en 0 Hz será (la constante 0,44 aparece para uniformar unidades):
AB = 0,44/Wm
Obsérvese de la expresión que el ancho de banda es inversamente proporcional a la dispersión modal Wm. El valor de Wm se expresa por unidad de longitud de la FO. Siendo cómodas las unidades nseg/km. El ancho de banda AB disminuye con el incremento de la longitud del enlace y se expresa en unidad de MHz.km. En otras palabras, dada una longitud de enlace se tiene un valor límite de separación temporal entre pulsos de información sin exceder una superposición tolerable. Con mayor velocidad los pulsos adyacentes se interfieren y se incrementa la tasa de error de bit BER
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