La Fibra Optica

La Fibra Optica

De fibra óptica

Un haz de fibras ópticas

Un TOSLINK cable de fibra óptica de audio que se ilumina en un extremo

Una fibra óptica es un transparente de fibra flexible de vidrio muy puro ( sílice ), no mucho más grande que un cabello humano, que actúa como una guía de onda , o “ tubo de luz “, para transmitir la luz entre los dos extremos de la fibra. [ 1 ] El campo de la ciencia aplicada y de ingeniería relacionados con el diseño y aplicación de fibras ópticas que se conoce como la fibra óptica . Las fibras ópticas son ampliamente utilizados en comunicaciones de fibra óptica , que permite la transmisión sobre distancias más largas y un mayor ancho de banda (velocidad de datos) que otras formas de comunicación. Las fibras se utilizan en lugar de cables de metal ya que las señales viajan a lo largo de ellos con menos pérdidas y también son inmunes a interferencias electromagnéticas . Las fibras también se utilizan para la iluminación, y se envuelven en paquetes para que puedan ser utilizados para llevar a las imágenes, lo que permite ver en espacios reducidos. Especialmente diseñado fibras se utilizan para una variedad de otras aplicaciones, incluyendo sensores y láseres de fibra .

Una fibra óptica caja de conexiones. Los cables amarillos son el modo de fibras individuales , el naranja y el azul son los cables de fibras multi-modo : 50/125 OM2 micras y 50/125 OM3 fibras micras, respectivamente. La fibra óptica consiste típicamente en un proceso transparente núcleo rodeado por una transparente revestimiento de material con un menor índice de refracción . Luz se mantiene en el núcleo de la reflexión interna total . Esto hace que la fibra para que actúe como una guía de onda . Las fibras que apoyan la propagación de muchos caminos o modos transversales son llamados en modo multi fibras (MMF), mientras que los que sólo admiten un único modo se llama modo de fibras individuales (SMF). De modo de múltiples fibras suelen tener un diámetro de base más grande, y se utilizan para enlaces de comunicación a distancia-a corto y para aplicaciones donde se deben de alta potencia de transmisión. De modo individual fibras se utilizan para enlaces de comunicación la mayoría de más de 1.050 metros (3.440 pies).

Junto a longitudes de fibra óptica es más complejo que une el cable eléctrico o el cable. Los extremos de las fibras deben ser cuidadosamente troceados y, a continuación empalmados o mecánicamente o por la fusión de estos organismos junto con el calor. Especial conectores de fibra óptica para las conexiones removibles están también disponibles.

Historia

Daniel Colladon describió por primera vez esta “fuente de luz” o “tubo de luz” en un artículo de 1842 titulado En las reflexiones de un rayo de luz dentro de una corriente líquida parabólica . Esta ilustración en particular proviene de un artículo más tarde por Colladon, en 1884. fibra óptica, aunque ampliamente utilizado en el mundo moderno, es un simple y viejo tecnología bastante. Rectores de la luz por la refracción, el principio de que la fibra óptica hace posible, se demostró por primera vez por Daniel Colladon y Babinet Jacques en París en la década de 1840. John Tyndall incluyó una demostración de que en sus conferencias públicas en Londres una docena de años más tarde. [ 2 ] Tyndall también escribió sobre la propiedad de reflexión interna total en un libro introductorio acerca de la naturaleza de la luz en 1870: “Cuando la luz pasa del aire al agua, el rayo refractado se dobla hacia la perpendicular Cuando el rayo pasa del agua al aire se desvía de la perpendicular … Si el ángulo que el rayo en el agua encierra con la perpendicular a la superficie sea mayor de 48 grados, el rayo no dejar el agua en absoluto: se refleja totalmente en la superficie …. El ángulo que marca el límite donde comienza la reflexión total se llama ángulo límite de la media. Para el agua este ángulo es de 48 ° 27 ‘, de cristal de roca es 38 ° 41′, mientras que para el diamante que es de 23 ° 42 ‘. “ [ 3 ] [ 4 ] sin pigmentación pelos humanos también se han demostrado para actuar como una fibra óptica. [ 5 ]

Las aplicaciones prácticas, tales como la iluminación interior durante cerca de odontología, apareció a principios del siglo XX. la transmisión de imágenes a través de tubos se demostró de forma independiente por la radio experimentador Hansell Clarence y el pionero de la televisión John Logie Baird en la década de 1920. El principio fue utilizado por primera vez para exámenes médicos internos por Heinrich Lamm en la década siguiente. En 1952, el físico Narinder Singh Kapany realizó experimentos que condujeron a la invención de la fibra óptica. fibras ópticas modernas, donde la fibra está recubierto el vidrio con un revestimiento transparente para ofrecer un más adecuado índice de refracción , apareció más tarde en la década. [ 2 ] Desarrollo se centró en haces de fibras para la transmisión de imágenes. La primera fibra óptica semi-flexible gastroscopio fue patentado por Basil Hirschowitz , Wilbur C. Peters, y Lawrence E. Curtis, investigadores de la Universidad de Michigan , en 1956. En el proceso de desarrollo del gastroscopio, Curtiss produjo los vestidos de fibras de vidrio de sesiones; anterior fibras ópticas se había basado en o muy difícil de aceites y ceras de aire como el índice de revestimiento de material de baja. Una variedad de otras aplicaciones de transmisión de imagen al poco tiempo.

En la 19 ª principios de siglo 20 siglos y tarde, la luz fue guiado a través de varillas de vidrio doblado para iluminar las cavidades del cuerpo. Alexander Graham Bell inventó un ‘fotófono’ para transmitir señales de voz a través de un haz óptico. [ 6 ]

Jun-ichi Nishizawa , un científico japonés en la Universidad de Tohoku , también propuso el uso de fibra óptica para las comunicaciones en 1963, como se afirma en su libro publicado en 2004 en la India . [ 7 ] Nishizawa inventado otras tecnologías que han contribuido al desarrollo de la fibra óptica comunicaciones, tales como el índice de fibra óptica calificó como un canal para transmitir la luz de los láseres de semiconductores. [ 8 ] [ 9 ] Charles K. Kao y George A. Hockham de la compañía británica teléfonos estándar y Cables (STC) fueron los primeros en promover la idea de que la atenuación en fibras ópticas se podría reducir por debajo de 20 decibelios por kilómetro (dB / km), por lo que las fibras de un medio de comunicación práctica. [ 10 ] Se propone que la atenuación en las fibras disponibles en el momento fue causada por las impurezas que podrían ser removido, y no por los efectos físicos fundamentales como la dispersión. Ellos correcta y sistemáticamente la teoría de la pérdida de propiedades de la luz de fibra óptica, y señaló el derecho material a utilizar para estas fibras - cristal de silicio de alta pureza. Este descubrimiento Kao obtuvo el Premio Nobel de Física en 2009. [ 11 ]

La NASA utilizó la fibra óptica en las cámaras de televisión envió a la Luna. En ese momento, el uso de las cámaras fue clasificado confidencial , y sólo los que tienen la habilitación de seguridad o derecho de los acompañados por alguien con la habilitación de seguridad se les permitió el derecho de manejar las cámaras. [ 12 ]

El límite de la atenuación crucial de 20 dB / km, se logró por primera vez en 1970, por los investigadores Robert D. Maurer , Keck, Donald , Peter C. Schultz , y Zimar Frank de trabajo para América fabricante de vidrio Corning Glass Works, ahora Corning Incorporated . Demostraron una fibra con 17 dB de atenuación km por dopaje de vidrio de sílice con titanio . Unos años más tarde se produce una fibra con sólo 4 dB / km con la atenuación de dióxido de germanio como dopante núcleo. baja atenuación Tal marcó el comienzo de telecomunicaciones de fibra óptica. En 1981, General Electric produjo fundida cuarzo lingotes que pueden tapar los filamentos de la fibra óptica de 25 millas (40 kilómetros) de largo. [ 13 ]

La atenuación en los modernos cables de fibra óptica es mucho menor que en los cables eléctricos de cobre, dando lugar a distancia de la fibra conexiones de largo, con distancias repetidor de 70 a 150 kilómetros (43–93 millas). El amplificador de fibra dopada de erbio- , lo que redujo el costo de la distancia los sistemas de fibra a lo largo de la reducción o eliminación-eléctrica-óptica repetidores ópticos, fue co-desarrollado por los equipos dirigidos por David N. Payne de la Universidad de Southampton , y Emmanuel Desurvire en Bell laboratorios en 1986. Robusto de fibra óptica moderna de vidrio para usos básicos y la vaina, y por lo tanto menos propensas al envejecimiento. Fue inventado por Gerhard Bernsee de Schott Glass en Alemania en 1973. [ 14 ]

El emergente campo de los cristales fotónicos condujo al desarrollo en 1991 de fibra de cristal fotónico , [ 15 ] que la luz guía por la difracción de una estructura periódica, más que por la reflexión interna total. Las fibras de cristal fotónico por primera vez disponible comercialmente en 2000. [ 16 ] fibras de cristal fotónico puede llevar a una energía más alta que las fibras convencionales y sus propiedades dependen de la longitud de onda se pueden manipular para mejorar el rendimiento.

Aplicaciones

Comunicación por fibra óptica

La fibra óptica se puede utilizar como un medio para telecomunicaciones y redes , ya que es flexible y puede ser incluido como cables. Es especialmente ventajoso para las comunicaciones de larga distancia, porque la luz se propaga a través de la fibra con la atenuación poco en comparación con los cables eléctricos. Esto permite que las largas distancias que se extendió con pocos repetidores . Además, los canales de luz por señales que se propagan en la fibra han sido modulada a tasas de hasta 111 gigabits por segundo por NTT , [ 17 ] [ 18 ] aunque el 10 o 40 Gbit / s es típico en los sistemas desplegados. [ 19 ] [ 20 ] Cada fibra puede llevar a muchos canales independientes, cada uno con una diferente longitud de onda de la luz ( longitud de onda de multiplexión por división (WDM)). La tasa neta de datos (tipo de datos sin bytes de arriba) por la fibra es el canal de datos de tasa por reducir la sobrecarga de la FEC, multiplicado por el número de canales (generalmente hasta ochenta comerciales WDM densa a partir de 2008 ). El laboratorio de fibra óptica actual tasa de registro de datos, que se celebró por los Laboratorios Bell en Villarceaux, Francia, es la multiplexación 155 canales, cada uno con 100 Gbit / s sobre un kilómetro de fibra de 7000. [ 21 ] Nippon Telegraph and Telephone Corporation también han logrado 69.1 Tbit / s más de un kilómetro de fibra solo 240 (multiplexación de 432 canales, lo que equivale a 171 Gbit / s por canal). [ 22 ] Laboratorios Bell también se rompió un petabit 100 por segundo kilometro barrera (15,5 Tbit / s más de un kilómetro de fibra de 7.000 individuales). [ 23 ]

Para aplicaciones de corta distancia, como una red en un edificio de oficinas, cableado de fibra óptica puede ahorrar espacio en canales de cables. Esto se debe a una sola fibra puede transportar más cantidad de datos que los cables eléctricos, tales como 4 pares Cat-5 cableado Ethernet. fibra también es inmune a las interferencias eléctricas, no hay interferencia entre las señales de cables diferentes, y no la captación de ruido ambiental . blindados cables de fibra-no no conducen la electricidad, lo que hace que la fibra una buena solución para la protección de equipos de comunicaciones en alta tensión de ambientes, tales como la generación de energía las instalaciones, o la comunicación estructuras metálicas expuestas a un rayo golpea. También se puede utilizar en ambientes donde los gases explosivos están presentes, sin peligro de ignición. escuchas telefónicas es más difícil en comparación con las conexiones eléctricas, y no son concéntricas fibras de doble núcleo que se dice que son a prueba de toque. [ 24 ]

Sensores de fibra óptica

Artículo principal: sensor de fibra óptica Las fibras tienen muchas aplicaciones en teledetección. En algunas aplicaciones, el sensor en sí es una fibra óptica. En otros casos, la fibra se utiliza para conectar un sensor de fibra óptica-no a un sistema de medición. Dependiendo de la aplicación, la fibra puede ser utilizado debido a su pequeño tamaño, o el hecho de que no hay energía eléctrica que se necesita en la ubicación remota, o porque muchos sensores pueden ser multiplexados a lo largo de una fibra usando diferentes longitudes de onda de la luz para cada sensor, o mediante la detección de la demora de tiempo cuando la luz pasa a lo largo de la fibra a través de cada sensor. Tiempo de retardo se puede determinar mediante un dispositivo tal como un dominio del tiempo reflectómetro óptico .

Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir la presión , temperatura , presión y otras cantidades mediante la modificación de una fibra de modo que la propiedad de medir modula la intensidad , fase , la polarización , la longitud de onda , o tiempo de tránsito de la luz en la fibra. Los sensores que varían la intensidad de la luz son las más simples, ya que sólo una simple fuente y el detector se requieren. Una característica particularmente útil de sensores de fibra óptica como es que pueden, si es necesario, detección distribuida a distancias de hasta un metro.

sensores de fibra óptica extrínseca utilizar un cable de fibra óptica , normalmente con varios modos de uno, para transmitir modula la luz, bien a un no-sensor de fibra óptica o un sistema electrónico de sensores conectados a un transmisor óptico. Una ventaja importante de los sensores extrínsecos es su capacidad para llegar a lugares inaccesibles de otra manera. Un ejemplo es la medición de temperatura en el interior de aviones reactores mediante el uso de una fibra para transmitir la radiación a una radiación pirómetro fuera del motor. sensores extrínsecos se puede utilizar de la misma manera para medir la temperatura interna de los transformadores eléctricos , en el extremo campos electromagnéticos presentes que otras técnicas de medición imposible. Extrínseca sensores de vibración medida, la rotación, desplazamiento, velocidad, aceleración, torque y torsión. Una versión de estado sólido del giroscopio, con la interferencia de la luz, se ha desarrollado. El giroscopio de fibra óptica (FOG) no tiene partes móviles, y explota el efecto Sagnac para la detección de rotación mecánica.

Los usos comunes para los sensores de fibra óptica incluye avanzados sistemas de seguridad de detección de intrusiones. La luz se transmite a lo largo de un cable de fibra óptica del sensor colocado en una valla, un oleoducto, o de cables de comunicación, y la señal de retorno es monitoreado y analizado por los disturbios. Esta señal de retorno es procesada digitalmente para detectar alteraciones y el disparo de una alarma si se ha producido una intrusión.

Otros usos de las fibras ópticas

Un disco volador sistema de iluminación por fibra óptica

La luz reflejada por la fibra óptica se ilumina exhibió modelo Las fibras son ampliamente utilizados en aplicaciones de iluminación. Se utilizan como guías de luz y otras aplicaciones médicas donde la luz brillante hay que brillaba sobre un objetivo sin una clara línea de visión de la trayectoria. En algunos edificios, las fibras de la luz solar ruta óptica desde el techo a otras partes del edificio (ver Anidólica óptica ). de iluminación por fibra óptica se utiliza también para usos decorativos, incluyendo señales , arte , juguetes y artificial de árboles de Navidad . Swarovski tiendas usan fibras ópticas para iluminar sus vitrinas de cristal desde muchos ángulos diferentes, mientras que sólo emplea una fuente de luz. La fibra óptica es una parte intrínseca de la transmisión de construcción de hormigón producto de la luz, Li Tra Con? .

La fibra óptica se utiliza también en la óptica de imagen. Un haz coherente de fibras se utiliza, a veces junto con las lentes, para a, delgado dispositivo de visualización de largo llamado endoscopio , que se utiliza para ver objetos a través de un pequeño agujero. endoscopios médicos se utilizan para procedimientos quirúrgicos invasivos o mínimamente exploratoria. endoscopios industriales (véase el fibroscopio o endoscopio ) se utilizan para inspeccionar nada de difícil acceso, tales como los interiores de motores a reacción.

En espectroscopia , la fibra óptica de paquetes transmitir la luz de un espectrómetro a una sustancia que no se puede colocar dentro de la propia espectrómetro, con el fin de analizar su composición. Un espectrómetro de análisis de sustancias haciendo rebotar la luz en ya través de ellos. Por las fibras utilizando un espectrómetro puede ser usado para estudiar los objetos a distancia. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

Una fibra óptica dopada con ciertos elementos de tierras raras , tales como erbio se puede utilizar como medio de ganancia de un láser o amplificador óptico . De las tierras raras fibras ópticas dopadas se puede utilizar para proporcionar la señal de amplificación por un breve tramo de empalme de fibra dopada en forma regular (sin dopar) línea de fibra óptica. La fibra dopada es de bombeo óptico con una longitud de onda del láser segundo que se junta en la línea, además de la onda de la señal. Ambas longitudes de onda de la luz se transmite a través de la fibra dopada, que transfiere energía a partir de la longitud de onda de la bomba en segundo lugar a la onda de la señal. El proceso que causa la amplificación es la emisión estimulada .

Las fibras ópticas dopadas con una palanca de cambios de longitud de onda recoger centelleo de la luz en experimentos de física .

La fibra óptica puede ser utilizado para proveer un nivel bajo de energía (alrededor de un vatio) [ cita requerida ] a la electrónica situada en un entorno eléctrico difícil. Ejemplos de esto son la electrónica de potencia elementos de antena de alto y dispositivos de medición utilizados en equipos de transmisión de alta tensión.

Las vistas del hierro para las pistolas, rifles y escopetas pueden usar pedazos cortos de fibra óptica para mejorar el contraste.

Principio de funcionamiento

Una fibra óptica es un cilindro guía de onda dieléctricas ( no conductores de la guía de onda) que transmite luz a lo largo de su eje, por el proceso de reflexión interna total . La fibra se compone de un núcleo rodeado por un revestimiento de capa, los cuales están hechos de dieléctrico de materiales. Para limitar la señal óptica en el núcleo, el índice de refracción del núcleo debe ser mayor que el de la vaina. El límite entre el núcleo y el revestimiento o puede ser abrupta, en índice de fibra de paso , o gradual, en el índice de fibra calificado .

Índice de refracción

Artículo principal: Índice de refracción El índice de refracción es una forma de medir la velocidad de la luz en un material. La luz viaja más rápido en un vacío , como el espacio exterior. La velocidad de la luz en el vacío es alrededor de 300.000 kilómetros (186.000 millas) por segundo. Índice de refracción se calcula dividiendo la velocidad de la luz en el vacío por la velocidad de la luz en algún otro medio. El índice de refracción de un vacío por lo tanto una, por definición. El valor típico para el revestimiento de la fibra óptica es de 1,52. [ 28 ] El valor central es típicamente 1.62. [ 28 ] Cuanto mayor sea el índice de refracción, la luz viaja más lento en ese medio. A partir de esta información, una buena regla general es que la señal mediante fibra óptica para la comunicación viajará a alrededor de 200 millones de metros por segundo. O para decirlo de otro modo, para viajar 1000 kilómetros en fibra, la señal tendrá 5 milisegundos para propagarse. Así, un teléfono de atención continuada por la fibra entre Sydney y Nueva York, a pocos kilometros 12000, significa que hay un retraso mínimo absoluto de 60 milisegundos (o alrededor de 1 / 16 de segundo) entre el momento en una persona que llama habla de cuando el otro escucha. (Por supuesto, la fibra en este caso probablemente viajará una ruta más larga, y no habrá demoras adicionales debido a los equipos de conmutación de la comunicación y el proceso de codificación y decodificación de la voz sobre la fibra).

La reflexión interna total

Artículo principal: reflexión interna total Cuando la luz viaja en un medio denso realiza un límite en un ángulo empinado (más grande que el “ángulo crítico” de la frontera), la luz se refleja totalmente. Este efecto se utiliza en las fibras ópticas para confinar la luz en el núcleo. La luz viaja a lo largo de la fibra rebotando fuera de la frontera. Debido a que la luz debe alcanzar el límite con un ángulo mayor que el ángulo crítico, sólo la luz que entra en la fibra dentro de un cierto rango de ángulos pueden viajar por la fibra sin escape. Esta gama de ángulos se llama el cono de aceptación de la fibra. El tamaño de este cono de aceptación es una función de la diferencia del índice de refracción entre el núcleo de la fibra y el revestimiento.

En términos más simples, hay un ángulo máximo del eje de la fibra en la que la luz puede entrar en la fibra para que se propaguen, o de viaje, en el núcleo de la fibra. El seno de este ángulo máximo es la apertura numérica (AN) de la fibra. De fibra con un mayor NA requiere menos precisión para empalmar y trabajar con los que la fibra con un menor de NA. -Modo de fibra individual con una pequeña NA.

Multi-modo de fibra

La propagación de la luz a través de un multi-modo de fibra óptica .

Un láser rebotando por un acrílico de la barra, que ilustra la reflexión total interna de la luz en un multi-modo de fibra óptica. Artículo principal: Multi-modo de fibra óptica Fibra con diámetro de base de gran tamaño (mayores de 10 micrómetros) puede ser analizada por la óptica geométrica . Esta fibra se llama modo de fibra multimodo , desde el análisis electromagnético (véase más adelante). En el paso-índice multi-modo de fibra, los rayos de luz son guiados a lo largo del núcleo de la fibra por reflexión interna total. Los rayos que cumplen con los-revestimiento límite entre el núcleo en un ángulo alto (medido en relación a una línea normal a la frontera), mayor que el ángulo crítico para esta frontera, son totalmente reflejada. El ángulo crítico (mínimo ángulo de reflexión interna total) se determina por la diferencia en el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento de los materiales. Los rayos que cumplen el límite en un ángulo bajo son refractados de la central en el revestimiento, y no transmitir la luz y por lo tanto, la información a lo largo de la fibra. El ángulo crítico determina el ángulo de aceptación de la fibra, a menudo se reporta como una apertura numérica . La apertura numérica de alta permite que la luz se propagan por la fibra en los rayos tanto cerca del eje y en varios ángulos, lo que permite un acoplamiento eficiente de la luz en la fibra. Sin embargo, esta apertura numérica de alta aumenta la cantidad de dispersión de los rayos en diferentes ángulos tienen diferentes longitudes de trayectoria y por lo tanto tener diferentes tiempos para atravesar la fibra.

Tipos de fibra óptica. En el índice de fibra clasificado, el índice de refracción en el núcleo disminuye continuamente entre el eje y el revestimiento. Esto hace que los rayos de luz para doblar sin problemas cuando se acercan a la vaina, en lugar de reflejar abruptamente desde el límite entre el núcleo-revestimiento. La curva trazados resultantes reducen la ruta de dispersión de varios, porque los rayos del ángulo de paso alto más a través del índice periferia inferior de la base, en lugar del índice alto centro. El perfil del índice se elige para minimizar la diferencia en la velocidad de propagación axial de los diversos rayos en la fibra. Este perfil índice ideal está muy cerca de una parabólica relación entre el índice y la distancia desde el eje.

De un solo modo de fibra

La estructura de un típico -modo de fibra única . 1. Núcleo: 8 m de diámetro 2. Revestimiento: 125 micras de diámetro. 3. Buffer: 250 micras de diámetro. 4. Chaqueta: 400 micras de diámetro. Artículo principal: un solo modo de fibra óptica De fibra con un diámetro de base menos que cerca de diez veces la longitud de onda de la luz de reproducción no puede ser modelado utilizando la óptica geométrica. En cambio, debe ser analizado como un electromagnética estructura, por la solución de las ecuaciones de Maxwell como la reducción a la ecuación de ondas electromagnéticas . El análisis electromagnética también puede ser necesaria para comprender los comportamientos tales como moteado que se producen cuando coherente luz se propaga en modo de fibra multimodo. Como una guía de onda óptica, la fibra admite uno o más confinada modos transversales por la cual la luz puede propagarse a lo largo de la fibra. Fibra de apoyo único modo se llama de modo único o mono-modo de fibra . El comportamiento de-modo de fibra multi-núcleo más grande también se puede modelar usando la ecuación de onda, lo que demuestra que la fibra tales admite más de un modo de propagación (de ahí el nombre). Los resultados de tales modelos de multi-modo de fibra aproximadamente de acuerdo con las predicciones de la óptica geométrica, si el núcleo de la fibra es lo suficientemente grande como para soportar más de unos cuantos modos.

El análisis muestra que la guía de onda de la energía de la luz en la fibra no está totalmente confinado en el núcleo. En su lugar, especialmente en el modo de fibras individuales, una fracción significativa de la energía en el modo de enlace viaja en el revestimiento como una onda evanescente .

El tipo más común de un solo modo de fibra tiene un diámetro de base de 8.10 micras y está diseñado para su uso en el infrarrojo cercano . La estructura de modo depende de la longitud de onda de la luz utilizada, por lo que esta fibra en realidad soporta un pequeño número de modos adicionales en longitudes de onda visibles. -Modo de fibra multi, por comparación, se fabrica con diámetros de núcleo tan pequeño como 50 micrómetros y tan grandes como cientos de micrómetros. La frecuencia normalizada V de esta fibra debe ser menor que el primer cero de la función de Bessel J 0 (aproximadamente 2.405).

Para fines especiales de la fibra

Algunos fines de fibra óptica especial está construido con un cilindro central-no y / o capa de revestimiento, por lo general con una elíptica o rectangular sección. Estos incluyen el mantenimiento de la polarización-fibra y fibra diseñado para suprimir susurrando galería modo de propagación.

De fibra de cristal fotónico está hecho con un patrón regular de variación del índice (a menudo en forma de agujeros cilíndricos que se ejecutan a lo largo de la longitud de la fibra). Estos usos de la fibra de difracción de los efectos en lugar de o además de la reflexión total interna, para confinar la luz a la fibra es el núcleo. Las propiedades de la fibra se pueden adaptar a una amplia variedad de aplicaciones.

Mecanismos de atenuación

Atenuación de la luz por ZBLAN y fibras de sílice Artículo principal: Los materiales transparentes Atenuación en la fibra óptica, también conocida como la pérdida de transmisión, es la reducción de la intensidad del haz de luz (o señal) con respecto a la distancia recorrida a través de un medio de transmisión. coeficientes de atenuación en la fibra óptica por lo general usan las unidades de dB / km a través del medio debido a la relativamente alta calidad de la transparencia de los modernos medios de transmisión óptica. El medio suele ser una fibra de vidrio de sílice que limita el haz de luz incidente en el interior. La atenuación es un factor importante que limita la transmisión de una señal digital a través de grandes distancias. Por lo tanto, mucha investigación se ha ido en tanto que limita la atenuación y la maximización de la amplificación de la señal óptica. La investigación empírica ha demostrado que la atenuación en la fibra óptica es causado principalmente por tanto la dispersión y absorción .

De dispersión de luz

Reflexión especular

Reflexión difusa La propagación de la luz a través del núcleo de una fibra óptica se basa en la reflexión interna total de la onda luminosa. Áspero y superficies irregulares, incluso a nivel molecular, puede causar los rayos de luz que se refleja en direcciones aleatorias. Esto se llama reflexión difusa o dispersa , y se caracterizan por la gran variedad de ángulos de reflexión.

dispersión de la luz depende de la longitud de onda de la luz se dispersa. Por lo tanto, los límites a las escalas espaciales de visibilidad surgir, dependiendo de la frecuencia de la luz incidente de onda y la dimensión física (o la escala espacial) del centro de dispersión, que suele ser en forma de algunos de microestructura característica específica. Desde ver la luz tiene una longitud de onda del orden de un micrómetro (una millonésima de metro) centros de dispersión tendrá unas dimensiones en una escala espacial similar.

Por lo tanto, los resultados de la atenuación de la dispersión incoherente de la luz en el interior las superficies y las interfaces . En el (poli) materiales cristalinos, como los metales y la cerámica, además de los poros, la mayoría de las superficies internas o interfaces son en forma de límites de grano que separan a las regiones pequeñas de orden cristalino. Recientemente se ha demostrado que cuando el tamaño del centro de dispersión (o límite de grano) se reduce por debajo del tamaño de la longitud de onda de la luz se dispersa, la dispersión ya no se produce de forma significativa. Este fenómeno ha dado lugar a la producción de materiales cerámicos transparentes .

Del mismo modo, la dispersión de la luz en fibra de vidrio de calidad óptica es causado por irregularidades nivel molecular (fluctuaciones de la composición) en la estructura de cristal. En efecto, una escuela de pensamiento es que un vaso es simplemente el caso límite de un sólido policristalino. En este marco, “dominios” que exhiben diferentes grados de alcance corto para convertirse en los bloques de construcción de los metales y aleaciones, así como vidrios y cerámicas. Distribuidos entre y dentro de estos dominios son defectos estructurales micro que proporcionan los lugares más ideales para la dispersión de luz. Este mismo fenómeno es visto como uno de los factores limitantes en la transparencia de las cúpulas de misiles IR. [ 29 ]

A altas energías ópticas, la dispersión también puede ser causada por procesos no lineales en la fibra óptica. [ 30 ] [ 31 ]

UV-Vis-IR de absorción

Además de dispersar la luz, la atenuación o pérdida de la señal también puede ocurrir debido a la absorción selectiva de longitudes de onda específicas, de manera similar a la responsable de la aparición del color. Las consideraciones principales materiales incluyen tanto los electrones y las moléculas de la siguiente manera:

1) En el ámbito electrónico, que depende de si los orbitales de electrones están separados (o “cuantizado”) de tal forma que puede absorber un cuanto de luz (o fotones) de una determinada longitud de onda o la frecuencia de la radiación ultravioleta (UV) o rangos visible . Esto es lo que da lugar al color.

2) En el nivel atómico o molecular, que depende de las frecuencias de las vibraciones atómicas o moleculares o los enlaces químicos, cómo está embalado de cerca sus átomos o moléculas son, y si o no los átomos o moléculas para exhibición de largo alcance. Estos factores determinan la capacidad del material de transmisión de longitudes de onda en el infrarrojo (IR), lejos de infrarrojos, radio y rangos de microondas.

El diseño de cualquier dispositivo ópticamente transparente requiere la selección de materiales basados ​​en el conocimiento de sus propiedades y limitaciones. La celosía de absorción características observadas en las regiones de baja frecuencia (a mediados de infrarrojos IR a longitud de onda entre-ahora) definir la longitud de onda de la transparencia límite de duración del material. Son el resultado de la interactiva de acoplamiento entre los movimientos de las vibraciones inducidas térmicamente de los átomos y las moléculas constituyentes de la red sólida y la onda de luz de la radiación incidente. Por lo tanto, todos los materiales están delimitadas por las regiones de limitar la absorción causada por las vibraciones atómicas y moleculares (bonos de estiramiento) en el infrarrojo lejano (> 10 micras).

Por lo tanto, la absorción de varios fonón se produce cuando dos o más fonones al mismo tiempo interactúan para producir electricidad momentos dipolares pareja con la que la radiación incidente puede. Estos dipolos pueden absorber la energía de la radiación incidente, alcanzando un máximo de acoplamiento con la radiación, cuando la frecuencia es igual al modo fundamental de vibración del dipolo molecular (por ejemplo, enlace Si-O) en el infrarrojo lejano, o uno de sus armónicos.

La absorción selectiva de infrarrojos (IR) por la luz de una materia determinada se debe a que la frecuencia seleccionada de la onda de luz corresponde a la frecuencia (o un múltiplo entero de la frecuencia) en el que las partículas de material que vibran. Dado que los diferentes átomos y las moléculas tienen diferentes frecuencias de vibración natural, que absorben selectivamente diferentes frecuencias (o porciones del espectro) de infrarrojos (IR).

Reflexión y transmisión de ondas de luz se producen debido a las frecuencias de las ondas de luz no coinciden con las frecuencias naturales de resonancia de las vibraciones de los objetos. Cuando la luz de infrarrojos de estas frecuencias choca contra un objeto, la energía está bien reflejada o transmitida.

Manufactura

Materiales

fibras ópticas de vidrio son casi siempre hechas de silicona , pero algunos otros materiales, tales como fluorozirconate , fluoroaluminato y vidrios calcogenuros , así como materiales cristalinos como el zafiro , se utilizan para la mayor longitud de onda otras aplicaciones especializadas o en el infrarrojo. y el fluoruro de gafas de silicona por lo general tienen índices de refracción de 1,5, pero algunos materiales como el calcogenuros pueden tener índices tan altos como 3. Por lo general la diferencia del índice entre el núcleo y el revestimiento es menos del uno por ciento.

Fibras ópticas de plástico (POF) se las paso a modo de índice de múltiples fibras con un diámetro interior de 0,5 milímetros o más grandes. POF suelen tener un alto coeficiente de atenuación de las fibras de vidrio, 1 dB / m o más, y esta atenuación de alta limita la gama de sistemas basados ​​en la POF.

Sílice

Sílice exposiciones bastante buena transmisión óptica en un amplio rango de longitudes de onda. En el infrarrojo cercano (infrarrojo cercano) la porción del espectro, en particular alrededor de 1,5 m, la silicona puede tener muy baja absorción y dispersión de las pérdidas del orden de 0,2 dB / km. Un alto grado de transparencia en la región de 1,4 micras, se logra manteniendo una baja concentración de grupos hidroxilo (OH). Por otra parte, un MI de alta concentración es mejor para la transmisión en el ultravioleta (UV) región.

Sílice se puede atraer a las fibras a altas temperaturas razonablemente, y tiene un muy amplio rango de transformación de vidrio . Otra ventaja es que empalme de fusión y escisión de las fibras de sílice es relativamente eficaz. fibra de sílice también tiene alta resistencia mecánica en contra de ambos, e incluso tirando de flexión, a condición de que la fibra no es demasiado grueso y que las superficies se han preparado durante el proceso. Incluso escisión simple (ruptura) de los extremos de la fibra puede proporcionar muy bien las superficies planas con una calidad óptica aceptable. La sílice es también relativamente químicamente inerte . En particular, no es higroscópico (no absorbe el agua).

vidrio de sílice pueden ser dopados con diferentes materiales. Uno de los propósitos del dopaje es elevar el índice de refracción (por ejemplo, dióxido de germanio (GEO 2 ) o de óxido de aluminio (Al 2 O 3 )) o para bajarlo (por ejemplo, el flúor o el trióxido de boro (B 2 O 3 )). El dopaje es también posible con la activa-iones con láser (por ejemplo, tierras raras fibras dopado) con el fin de obtener fibras activas que deben utilizarse, por ejemplo, en los amplificadores de fibra o láser aplicaciones. Tanto el núcleo de la fibra y el revestimiento se suelen dopado, por lo que todo el conjunto (núcleo y revestimiento) es efectivamente el mismo compuesto (por ejemplo, un aluminosilicato , germanosilicate, phosphosilicate o vidrio borosilicato ).

En particular, para las fibras de activos, sílice puro no suele ser un vaso de acogida muy adecuado, ya que presenta una baja solubilidad de los iones de tierras raras. Esto puede conducir a efectos de extinción debido a la conglomeración de los iones dopantes. Aluminosilicatos son mucho más eficaces a este respecto.

De sílice de la fibra también presenta un alto umbral de daño óptico. Esta característica garantiza una baja tendencia de ruptura inducida por láser. Esto es importante para los amplificadores de fibra si es utilizada para la amplificación de pulsos cortos.

Debido a estas propiedades de las fibras de sílice es el material de elección en muchas aplicaciones ópticas, como las comunicaciones (a excepción de cortas distancias con fibra óptica de plástico), láseres de fibra, amplificadores de fibra óptica y sensores de fibra. Grandes esfuerzos propuestos en el desarrollo de diversos tipos de fibras de sílice han aumentado aún más el desempeño de estas fibras frente a otros materiales. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]

Fluoruros

cristal de fluoruro es una clase de óxido de óptica gafas de calidad no compuesto por fluoruros de diversos metales . Debido a su baja viscosidad , es muy difícil evitar totalmente la cristalización , mientras que el procesamiento a través de la transición vítrea (o el dibujo de la fibra de la fusión). Así, a pesar de metales pesados ​​anteojos de fluoruro (HMFG) presentan muy baja atenuación óptica, que no sólo son difíciles de fabricar, pero son muy frágiles, y tienen poca resistencia a la humedad y otros ataques del medio ambiente. Su mejor atributo es que carecen de la banda de absorción asociados con el hidroxilo (OH) (3,200 a 3,600 cm −1 ), que está presente en casi todos basados ​​en cristales de óxido.

Un ejemplo de un cristal de fluoruro de metal pesado es el ZBLAN grupo de vidrio, compuesto de zirconio , bario , lantano , de aluminio y sodio fluoruros. Su principal aplicación tecnológica es como guías de onda ópticas , tanto en plano y la forma de fibra. Ellos son ventajosas, especialmente en el infrarrojo medio (2000–5000 nm).

HMFGs estaban previstas inicialmente para aplicaciones de fibra óptica, debido a las pérdidas intrínsecas de una fibra-IR mediados podría, en principio, ser inferiores a las de las fibras de sílice, que son transparentes sólo hasta cerca de 2 micras. Sin embargo, tales pérdidas bajas nunca se hicieron realidad en la práctica y la fragilidad y el alto costo de las fibras de fluoruro hace menos que ideal como candidatos principales. Más tarde, la utilidad de las fibras de fluoruro para otras aplicaciones se descubrió. Estos incluyen a mediados de la espectroscopia de infrarrojos , sensores de fibra óptica , termometría , y la proyección de imagen . Además, las fibras de flúor puede ser utilizado para la transmisión de onda de luz guía en los medios de comunicación como YAG ( itrio - alúmina granate ) láseres de 2,9 m, como se requiere para aplicaciones médicas (por ejemplo, la oftalmología y odontología ). [ 40 ] [ 41 ]

Fosfatos

El P 4 O 10 cagelike estructura-el componente básico para el vidrio de fosfato. vidrio de fosfato constituye una clase de lentes ópticas compuesto por metafosfatos de varios metales. En lugar de la SiO 4 tetraedros observado en cristales de silicato, el bloque de construcción de este vaso primero es pentóxido de fósforo (P 2 O 5 ), que cristaliza en al menos cuatro formas diferentes. Los más conocidos polimorfo (véase el gráfico) comprende las moléculas de P 4 O 10 .

gafas de fosfato puede ser una ventaja sobre las gafas de sílice para las fibras ópticas con una alta concentración de iones de dopaje tierra rara. Una mezcla de vidrio y cristal de fluoruro de fosfato es de cristal fluorurofosfatado. [ 42 ] [ 43 ]

Calcogenuro

El calcógenos -los elementos de grupo 16 de la tabla periódica -especialmente de azufre (S), selenio (Se) y telurio (Te), reaccionan con más electropositivo elementos, tales como plata , para formar calcogenuros. Estos compuestos son extremadamente versátiles, ya que puede ser cristalina o amorfa, metálico o semiconductor, y los conductores de los iones o electrones .

Proceso

Ilustración de la deposición de vapor químico modificados (dentro de) el proceso fibras ópticas estándar se hacen en primer lugar la construcción de un gran diámetro “ preforma “, con un índice de refracción perfil controlado cuidadosamente, y luego” tirando “de la preforma a la forma, delgado de fibra óptica de largo. La preforma se realiza casi por tres la deposición de vapor químico métodos: la deposición de vapor en el interior , fuera de la deposición de vapor , y axial de la deposición de vapor . [ 44 ]

Con la deposición de vapor en el interior , la preforma se inicia como un tubo de vidrio hueco de aproximadamente 40 centímetros (16 pulgadas) de largo, que se coloca horizontalmente y girar lentamente en un torno . Gases como el tetracloruro de silicio (SICL 4 ) o el tetracloruro de germanio (GECL 4 ) se inyectan con el oxígeno en el extremo del tubo. Los gases se calientan por medio de un quemador externo de hidrógeno, con lo que la temperatura del gas hasta 1900 K (1600 ° C, 3000 ° F), donde el tetracloruro reaccionar con el oxígeno para producir sílice o Germania (dióxido de germanio) partículas. Cuando las condiciones de reacción son elegidos para que esta reacción se produzca en la fase gaseosa a través del volumen del tubo, en contraste con las técnicas anteriores, donde se produjo la reacción sólo en la superficie de cristal, esta técnica se denomina deposición de vapor químico modificados (MCVD) .

El óxido de partículas a continuación, para formar aglomerados de partículas grandes cadenas, que posteriormente se depositan en las paredes del tubo como el hollín. El depósito se debe a la gran diferencia de temperatura entre el núcleo de gas y la pared haciendo que el gas para empujar hacia fuera las partículas (esto se conoce como thermophoresis ). La antorcha entonces se atraviesa de arriba abajo la longitud del tubo para depositar el material de manera uniforme. Después de la antorcha ha llegado al final del tubo, entonces se trae de nuevo al principio del tubo y las partículas depositadas luego se funde para formar una capa sólida. Este proceso se repite hasta que una cantidad suficiente de material ha sido depositado. Para cada capa de la composición puede ser modificada mediante la variación de la composición del gas, resultando en un control preciso de la fibra óptica de las propiedades de terminado el.

En la deposición de vapor al aire libre o axial deposición de vapor, el cristal está formado por hidrólisis de la llama , una reacción en la que el germanio y el tetracloruro de silicio se oxida por la reacción con tetracloruro de agua (H 2 O) en un detonante de la llama. En la deposición de vapor fuera de la copa se deposita sobre una barra sólida, que se produce antes de la transformación posterior. En axial de deposición de vapor, un corto caña semilla se utiliza, y una preforma porosa, cuya longitud no está limitada por el tamaño de la fuente de la barra, se construye en su extremo. La preforma porosa se ​​consolida en un sólido preforma transparente por calentamiento a unos 1800 K (1500 ° C, 2800 ° F).

La preforma, sin embargo, ha construido, se coloca en un dispositivo conocido como la torre de dibujo , en la punta de la preforma se calienta y la fibra óptica se despliega como una cadena. Al medir el ancho de la fibra resultante, la tensión en la fibra puede ser controlada para mantener el espesor de la fibra.

Recubrimientos

La luz es “guiado” por el núcleo de la fibra óptica por un “revestimiento” de menor índice de refracción que las trampas de luz en el núcleo a través de “reflexión interna total.”

El revestimiento exterior está recubierto por un “colchón” que protege de la humedad y daños físicos. El tampón es lo que se despojó de la fibra para la terminación o de empalme. Estos recubrimientos son de curado UV uretano acrilato de materiales compuestos aplicados a la parte exterior de la fibra durante el proceso de dibujo. Los recubrimientos de protección de los filamentos muy delicado de fibra de vidrio del tamaño de un cabello humano-y le permiten sobrevivir a los rigores de la fabricación, prueba de carga, cableado e instalación.

vidrio óptico de hoy en día los procesos de llamar la fibra de emplear un enfoque de revestimiento de doble capa. Una capa primaria interior está diseñado para actuar como un amortiguador para minimizar la atenuación causada por microbending. Una capa externa secundaria protege la capa primaria contra daños mecánicos y actúa como una barrera a las fuerzas laterales. A veces una capa de armadura metálica, se añade para proporcionar una protección adicional.

Estas capas de fibra óptica de recubrimiento se aplican durante el sorteo de la fibra, a velocidades cercanas a 100 kilómetros por hora (60 mph). revestimientos de fibra óptica se aplican usando uno de dos métodos: húmedo sobre seco y mojado sobre mojado . En húmedo sobre seco, la fibra pasa a través de una aplicación de recubrimiento primario, que luego curado UV, entonces a través de la aplicación del revestimiento secundario, que es posteriormente curado. En mojado sobre mojado, la fibra pasa a través tanto de la capa de aplicaciones de secundaria y primaria, luego se va a curar UV.

revestimientos de fibra óptica se aplican en capas concéntricas para evitar daños en la fibra durante la aplicación de dibujo y para maximizar la resistencia de la fibra y la resistencia microcurvatura. Desigual de fibra recubierto experimentará fuerzas no-uniforme cuando el recubrimiento se expande o contrae, y es susceptible a una mayor atenuación de la señal. Bajo el dibujo adecuado y los procesos de la capa, las capas son concéntricas alrededor de la fibra, continua a lo largo de la solicitud y tienen un espesor constante.

revestimientos de fibra óptica de proteger las fibras de vidrio de los arañazos que podrían conducir a la degradación de la fuerza. La combinación de humedad y los arañazos acelera el envejecimiento y el deterioro de la resistencia de la fibra. Cuando la fibra se somete a tensiones bajas durante un largo período, la fatiga de la fibra puede ocurrir. Con el tiempo o en condiciones extremas, estos factores se combinan para causar defectos microscópicos en la fibra de vidrio para propagar, que en última instancia, pueden llevar al fracaso de la fibra.

Tres características fundamentales de guías de onda de fibra óptica pueden ser afectados por las condiciones ambientales: la atenuación de la fuerza y ​​la resistencia a las pérdidas causadas por microbending. revestimientos exteriores de fibra óptica de la protección de fibra de vidrio óptico de las condiciones ambientales que pueden afectar al rendimiento de la fibra y la durabilidad a largo plazo. En el interior, revestimientos de garantizar la fiabilidad de la señal transportada y ayudar a minimizar la atenuación debida a microbending.

Cuestiones prácticas

Cables de fibra óptica

Un cable de fibra óptica Artículo principal: cable de fibra óptica En las fibras práctica, el revestimiento es generalmente recubierto con una resistente resina de búfer capa, que puede ser aún más rodeado por una chaqueta de capa, generalmente de vidrio. Estas capas añadir fuerza a la fibra, pero no contribuyen a su guía de ondas ópticas. fibra asambleas rígido a veces poner de absorción de luz (“oscuro”) entre las fibras de vidrio, para evitar que la luz que se filtra de una fibra de entrar en otro. Esto reduce la diafonía entre las fibras, o reduce la antorcha en el paquete de aplicaciones de imágenes de la fibra. [ 45 ] [ 46 ]

cables modernos vienen en una amplia variedad de recubrimientos y armaduras, diseñado para aplicaciones tales como directamente enterrado en las trincheras, el aislamiento de alta tensión, de doble uso como líneas eléctricas, [ 47 ] de instalación en el conducto, azotando a los postes telefónicos aéreos, instalación submarina, y la inserción en las calles pavimentadas. El costo de la pequeña cantidad de fibras de caña cables montados ha disminuido considerablemente debido a la gran demanda de fibra hasta el hogar (FTTH) instalaciones en Japón y Corea del Sur.

El cable de fibra puede ser muy flexible, pero la pérdida de fibra tradicionales aumenta en gran medida si la fibra se dobla con un radio menor que alrededor de 30 mm. Esto crea un problema cuando el cable se dobla en las esquinas o enrollado alrededor de un carrete, lo que FTTX instalaciones más complicadas. “Fibras flexible”, dirigido a facilitar la instalación en entornos domésticos, se han estandarizado como la UIT-T G.657. Este tipo de fibra se puede doblar con un radio de tan sólo 7,5 mm, sin efectos adversos. Incluso flexible fibras más se han desarrollado. [ 48 ] de la fibra flexible también puede ser resistente a la piratería de fibra, en el que en una fibra es subrepticiamente la señal de control al doblar la fibra y la detección de la fuga. [ 49 ]

Otra característica importante del cable es cable de resistir contra la fuerza horizontal aplicada. Es técnicamente se llama la fuerza máxima a la tracción definir cuánta fuerza se puede aplicar al cable durante el periodo de instalación.

De telecomunicaciones de fibra óptica por cable versiones Anatolia están reforzadas con aramida hilados o hilos de vidrio como miembro de fuerza de intermediación. En términos comerciales, el uso de los hilos de vidrio son más rentables, mientras que sin pérdida de resistencia mecánica del cable. Hilados de vidrio también protegen la base del cable contra roedores y termitas.

Terminación y empalme

Conectores ST en modo de fibra multimodo. Las fibras ópticas están conectados a los equipos terminales de conectores de fibra óptica . Estos conectores suelen ser de tipo estándar, tales como FC , ​​SC , ST , LC , o MTRJ .

Las fibras ópticas se pueden conectar entre sí por conectores o empalmes , es decir, la unión de dos fibras para formar una guía de onda óptica continua. El empalme método generalmente aceptado es de empalme de fusión de arco , que se funde la fibra termina junto con un arco eléctrico . Para obtener más rápido los trabajos de fijación, un “empalme mecánico” se utiliza.

empalme de fusión se realiza con un instrumento especializado que normalmente funciona como sigue: Los dos extremos del cable se fijan dentro de una caja de empalme que proteja los empalmes, y los extremos de fibra son despojados de su recubrimiento de polímero de protección (así como la chaqueta externa resistente más , si está presente). Los extremos son troceados (corte) con un cuchillo de precisión para que sean perpendiculares y se colocan en soportes especiales en el empalmador. El empalme es por lo general inspeccionado a través de una pantalla ampliada para comprobar la rompe antes y después del empalme. El empalmador utiliza pequeños motores para alinear las caras juntas, y emite una pequeña chispa entre los electrodos en la brecha para quemar el polvo y la humedad. Entonces el empalmador genera una mayor chispa que eleva la temperatura por encima del punto de fusión del vidrio, la fusión de los extremos juntos para siempre. La ubicación y la energía de la chispa se controla cuidadosamente para que el núcleo fundido y el revestimiento no se mezclan, y esto reduce al mínimo la pérdida óptica. Una estimación de la pérdida del empalme se mide por el splicer, dirigiendo la luz a través del revestimiento de un lado y la medición de la luz se escapa de la vaina en el otro lado. Una pérdida de empalme por debajo de 0,1 dB es típico. La complejidad de este proceso de empalme de fibra hace mucho más difícil que la del alambre de cobre de empalme.

fibra de empalmes mecánicos están diseñados para ser más rápido y más fácil de instalar, pero todavía existe la necesidad de que, con cuidado de la limpieza y extracción hendiendo precisión. Los extremos de las fibras están alineadas y unidas por un hecho a la manga de precisión, a menudo con un claro índice de coincidencia de gel que mejora la transmisión de luz a través de la articulación. articulaciones, por regla general tienen una mayor pérdida óptica y son menos robustos que los empalmes de fusión, sobre todo si el gel se utiliza. Todas las técnicas de empalme implican la instalación de un recinto que protege el empalme.

Las fibras se terminan en conectores que sujetar el extremo de la fibra con precisión y seguridad. Un conector de fibra óptica es básicamente un cañón cilíndrico rígido rodeado de una manga que tiene el cañón en su receptáculo correspondiente. El mecanismo de acoplamiento se puede empujar y haga clic en , a su vez y el cierre ( bayoneta ), o tornillo en ( rosca ). Un conector típico es instalado por la preparación del extremo de la fibra y de insertarlo en la parte posterior del cuerpo del conector. -Set adhesivo rápido se utiliza generalmente para mantener la fibra de forma segura, y un alivio de tensión se asegura a la parte trasera. Una vez que los conjuntos de adhesivos, fibra de extremo es pulido a un acabado de espejo. pulir los perfiles se utilizan diversos, dependiendo del tipo de fibra y la aplicación. Para el modo de fibra única, extremos de las fibras son de acabado brillante con una ligera curvatura que hace que los conectores acoplados tocar sólo en sus núcleos. Esto se llama un contacto físico (PC) polaco. La superficie curva puede ser pulido en un ángulo, para hacer un contacto físico en ángulo “(APC) de conexión. Tales conexiones tienen una mayor pérdida de conexiones de PC, pero muy reducido de nuevo la reflexión, porque la luz que se refleja en las fugas de superficie en ángulo de la fibra fundamentales. La pérdida de fuerza de la señal resultante se llama pérdida de vacío . extremos de las fibras de APC de espalda baja reflexión, incluso cuando está desconectado.

En la década de 1990, los cables de fibra óptica de terminación fue de mano de obra. El número de partes por el conector, el pulido de las fibras, y la necesidad de cocer al horno de epoxy en cada conector se termina cables de fibra óptica difícil. Hoy en día, los tipos de conectores hay en el mercado que ofrecen más fácil, menos intensivo formas de trabajo de los cables de terminación. Algunos de los más populares conectores pre-pulidos en la fábrica, e incluyen un gel en el interior del conector. Estos dos pasos ayudan a ahorrar dinero en la mano de obra, especialmente en proyectos grandes. Una partirá se realiza en una extensión determinada, para acercarse a la pieza ya pulida en el interior del conector. El gel rodea el punto de que la pieza dos se encuentran en el interior del conector para la luz de la pérdida de muy poco. [ cita requerida ]

El espacio libre de acoplamiento

A menudo es necesario para alinear una fibra óptica con otro de fibra óptica, o con un dispositivo optoelectrónico , como un diodo emisor de luz , un diodo láser , o un modulador . Esto puede implicar ni alineando cuidadosamente la fibra y puesta en contacto con el dispositivo, o puede usar un lente para permitir el acoplamiento a través de una cámara de aire. En algunos casos, el extremo de la fibra se pule en una forma curva que lo hace actuar como una lente.

En un entorno de laboratorio, un extremo de la fibra desnuda se junta con un sistema de lanzamiento de la fibra, que utiliza un microscopio de lente del objetivo para enfocar la luz hacia abajo en una punta fina. Una precisión etapa de la traducción (micro-posicionamiento de mesa) se utiliza para mover la lente, la fibra, o un dispositivo para permitir que la eficiencia de acoplamiento para ser optimizado. Las fibras con un conector en el extremo de que este proceso sea mucho más simple: el conector se enchufa en un alineado de fibra óptica colimador anterior, que contiene una lente que está bien posicionada correctamente en lo que respecta a la fibra, o se puede ajustar. Para lograr la mejor eficiencia de la inyección en modo de fibra, la dirección, posición, tamaño y la divergencia de la viga deben ser optimizados. Con buenas vigas, 70 a 90% la eficiencia de acoplamiento se puede lograr.

Con el modo de fibras de pulido de un solo bien, el haz emitido tiene una forma casi perfecta de Gauss-incluso en el campo lejano, si es una buena lente se utiliza. La lente tiene que ser lo suficientemente grande como para apoyar la apertura numérica completa de la fibra, y no debe presentar aberraciones en la viga. lentes asféricos se utilizan normalmente.

Fibra fusible

A altas intensidades ópticas, por encima de 2 megavatios por centímetro cuadrado , cuando una fibra se somete a un choque o se daña de repente, un fusible de fibra puede ocurrir. La reflexión de los daños de la fibra vaporiza inmediatamente antes del descanso, y este defecto nuevos restos de reflexión para que el daño se propaga hacia el transmisor a 1–3 metros por segundo (4–11 km / h, 08.02 h). [ 50 ] [ 51 ] El control abierto de la fibra del sistema, que garantiza la seguridad del ojo del laser en el caso de una fibra rota, también puede efectivamente detener la propagación de la mecha de fibra. [ 52 ] En las situaciones, tales como los cables submarinos, donde el poder de los altos niveles puede ser utilizados sin la necesidad de control de fibra abierto, un “fusible de fibra” dispositivo de protección en el transmisor puede interrumpir el circuito para evitar cualquier mal.

Ejemplo

conexiones de fibra se pueden utilizar para diversos tipos de conexiones. Por ejemplo, la mayoría de televisores de alta definición ofrece una conexión digital óptica de audio. Esto permite el streaming de audio a través de la luz, utilizando el TOS Link? protocolo.

De transmisión de energía

La fibra óptica se puede utilizar para transmitir energía con un células fotovoltaicas para convertir la luz en electricidad. [ 53 ] Mientras que la eficiencia no es casi la de la electricidad (la eficiencia de la instalación fotovoltaica es de alrededor de 40 a 50%), es especialmente útil en situaciones en las que es deseable no tener un conductor metálico como en el caso de utilizar cerca de máquinas de resonancia magnética, que producen fuertes campos magnéticos. [ 54 ]

Preforma

Sección transversal de una fibra extraída de una forma de D preforma Una preforma es un pedazo de vidrio se utiliza para dibujar una fibra óptica. La preforma puede constar de varias piezas de vidrio con diferentes índices de refracción , para proporcionar el núcleo y el revestimiento de la fibra. La forma de la preforma puede ser circular, aunque para algunas aplicaciones, tales como vestidos de fibras doble otra forma se prefiere. [ 55 ] En los láseres de fibra sobre la base de vestidos de fibra de matrimonio, una forma asimétrica mejora el índice de llenado para el láser de bombeo .

Debido a la tensión superficial, la forma se suaviza durante el proceso de elaboración, y la forma de la fibra resultante no reproducir los bordes afilados de la preforma. Sin embargo, el pulido cuidadoso de la preforma es importante, cualquier defecto de la preforma de la superficie afecta a la mecánica y propiedades ópticas de la fibra resultante. En particular, la preforma para la prueba de fibra se muestra en la figura no fue pulida bien, y las grietas se observan con microscopía óptica confocal.

Optical fiber. (2011, June 6). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 04:27, June 7, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Optical_fiber&oldid=432832631

La fibra optica

La fibra óptica es un conductor de ondas en forma de filamento, generalmente de vidrio, aunque también puede ser de materiales plásticos. La fibra óptica es capaz de dirigir la luz a lo largo de su longitud usando la reflexión total interna. Normalmente la luz es emitida por un láser o un LED.

Las fibras son ampliamente utilizadas en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a gran velocidad, mayor que las comunicaciones de radio y cable. También se utilizan para redes locales. Son el medio de transmisión inmune a las interferencias por excelencia. Tienen un costo elevado.

Historia

Como resultado de estudios en física enfocados de la óptica, se descubrió un nuevo empleo para la luz llamado rayo láser. Este ultimo es usado con mayor vigor en el área de las telecomunicaciones debido a lo factible que es enviar mensajes con altas velocidades y con una amplia cobertura. Sin embargo, no existía un conducto para hacer viajar los fotones originados por el láser.

La posibilidad de controlar un rayo de luz, dirigirlo hacia una trayectoria recta se conoce desde hace mucho tiempo. El físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro de un material (agua), curvándose por reflexión interna y en 1870 desmostró sus estudios a los miembros de la Royal Society. Este principio fue utilizado en su época para iluminar corrientes del agua en fuentes públicas. Más tarde J.L. Baird registró patentes que describían la utilización de bastones sólidos de vidrio en la trasmisión de luz, para su empleo en un primitivo sistema de televisión de colores.

El gran problema, sin embargo, es que las técnicas y los materiales usados no permitían la trasmisión de luz con buen rendimiento. Las pérdidas eran tan grandes y no habían dispositivos de acoplamiento óptico.

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 endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Michigan en 1956. 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.

El primer enlace transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988. 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.

Fibra óptica. (2008, 6) de agosto. Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 07:34, agosto 8, 2008 from http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fibra_%C3%B3ptica&oldid=19269066.


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