Fibra óptica


Una fibra óptica (o fibra en Inglés británico ) es una solución flexible, transparente fibra hecha por el dibujo de vidrio ( sílice ) o de plástico a un diámetro ligeramente más grueso que el de un cabello humano . [1] Las fibras ópticas se utilizan con mayor frecuencia como un medio para transmitir luz [a] entre los dos extremos de la fibra y encuentran un amplio uso en las comunicaciones de fibra óptica , donde permiten la transmisión a distancias más largas y en anchos de banda más altos (tasas de transferencia de datos ) que los cables eléctricos. Se utilizan fibras en lugar de metal.cables porque las señales viajan a lo largo de ellos con menos pérdida ; Además, las fibras son inmunes a las interferencias electromagnéticas , un problema que sufren los cables metálicos. [2] Las fibras también se utilizan para la iluminación y la obtención de imágenes, y a menudo se envuelven en haces para que puedan utilizarse para transportar luz o imágenes fuera de espacios reducidos, como en el caso de un fibroscopio . [3] Las fibras especialmente diseñadas también se utilizan para una variedad de otras aplicaciones, algunas de las cuales son sensores de fibra óptica y láseres de fibra . [4]

Las fibras ópticas incluyen típicamente un núcleo rodeado por un material de revestimiento transparente con un índice de refracción más bajo . La luz se mantiene en el núcleo por el fenómeno de la reflexión interna total que hace que la fibra actúe como guía de ondas . [5] Las fibras que admiten muchas rutas de propagación o modos transversales se denominan fibras multimodo , mientras que las que admiten un modo único se denominan fibras monomodo (SMF). [6] Las fibras multimodo generalmente tienen un diámetro de núcleo más ancho [7]y se utilizan para enlaces de comunicación de corta distancia y para aplicaciones donde se debe transmitir alta potencia. [8] Las fibras monomodo se utilizan para la mayoría de los enlaces de comunicación de más de 1000 metros (3300 pies). [ cita requerida ]

Poder unir fibras ópticas con bajas pérdidas es importante en la comunicación por fibra óptica. [9] Esto es más complejo que unir alambres o cables eléctricos e implica un corte cuidadoso de las fibras, una alineación precisa de los núcleos de las fibras y el acoplamiento de estos núcleos alineados. Para aplicaciones que exigen una conexión permanente, es común un empalme por fusión . En esta técnica, se utiliza un arco eléctrico para fundir los extremos de las fibras. Otra técnica común es un empalme mecánico , donde los extremos de las fibras se mantienen en contacto mediante fuerza mecánica. Las conexiones temporales o semipermanentes se realizan mediante conectores de fibra óptica especializados . [10]

El campo de la ciencia y la ingeniería aplicadas que se ocupa del diseño y la aplicación de fibras ópticas se conoce como fibra óptica . El término fue acuñado por el físico indio-estadounidense Narinder Singh Kapany , quien es ampliamente reconocido como el padre de la fibra óptica. [11]

El guiado de la luz por refracción, el principio que hace posible la fibra óptica, fue demostrado por primera vez por Daniel Colladon y Jacques Babinet en París a principios de la década de 1840. John Tyndall incluyó una demostración de ello en sus conferencias públicas en Londres , 12 años después. [12] Tyndall también escribió sobre la propiedad de la reflexión interna total en un libro introductorio sobre la naturaleza de la luz en 1870: [13] [14]

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 dobla desde la perpendicular ... Si el ángulo que encierra el rayo en el agua con la perpendicular a la superficie sea mayor de 48 grados, el rayo no saldrá del agua en absoluto: se reflejará totalmente en la superficie ... El ángulo que marca el límite donde comienza la reflexión total se llama ángulo límite del medio. Para el agua, este ángulo es de 48 ° 27 ′, para el vidrio de sílex es de 38 ° 41 ′, mientras que para un diamante es de 23 ° 42 ′.


Un haz de fibras ópticas
Equipo de fibra instalando un cable de fibra de 432 hilos debajo de las calles de Midtown Manhattan, Ciudad de Nueva York
Un cable de audio de fibra óptica TOSLINK con luz roja en un extremo transmite la luz al otro extremo
Un gabinete de montaje en pared que contiene interconexiones de fibra óptica. Los cables amarillos son fibras monomodo ; los cables naranja y aguamarina son fibras multimodo : fibras OM2 de 50/125 µm y OM3 de 50/125 µm respectivamente.
Daniel Colladon describió por primera vez esta "fuente de luz" o "tubo de luz" en un artículo de 1842 titulado "Sobre los reflejos de un rayo de luz dentro de una corriente de líquido parabólico". Esta ilustración en particular proviene de un artículo posterior de Colladon, en 1884.
Un frisbee iluminado por fibra óptica
La luz reflejada por la fibra óptica ilumina el modelo expuesto
Uso de fibra óptica en una lámpara decorativa o luz de noche.
Reproducir medios
Una descripción general de los principios operativos de la fibra óptica.
Tipos de fibra óptica
La propagación de la luz a través de una fibra óptica multimodo .
Un láser que rebota en una varilla acrílica , que ilustra la reflexión interna total de la luz en una fibra óptica multimodo.
La estructura de una fibra monomodo típica .
1. Núcleo: 8 µm de diámetro
2. Revestimiento: 125 µm de diámetro.
3. Tampón: 250 µm de diámetro.
4. Chaqueta: 400 µm de diámetro.
Curva de atenuación experimental de sílice multimodo de baja pérdida y fibra ZBLAN.
Espectros de pérdida teóricos (atenuación, dB / km) para fibra óptica de sílice (línea azul discontinua) y fibra óptica típica de ZBLAN (línea gris continua) en función de la longitud de onda (micrones).
Reflexión especular
Reflexión difusa
La estructura en forma de caja de P 4 O 10 : el bloque de construcción básico para el vidrio de fosfato
Ilustración del proceso de deposición de vapor químico modificado (interior)
Sección transversal de una fibra extraída de una preforma en forma de D
Un cable de fibra óptica
Conectores ST en fibra multimodo
Un recinto de empalme de fibra óptica aérea bajado durante la instalación. Las fibras individuales se fusionan y almacenan dentro del gabinete para protegerlas de daños.