Unidad 2. LA FIBRA ÓPTICA Geometría de la fibra óptica. Propagación de la luz en la fibra óptica. Óptica geométrica. Óptica Ondulatoria. Tipos de fibra y cables ópticos. Características de las fibras ópticas: Atenuación, dispersión, efectos no lineales. Unidad 3. TRANSMISORES ÓPTICOS Principio de emisión de luz. Espectros de emisión. Diodos emisores de luz (LED). El oscilador láser: modos en la cavidad láser, láseres monomodo y multimodo, láser DBR sintonizable. Bloque de alimentación RF. Rendimiento óptico, tiempo de respuesta, longitud de onda espectral.

1. UNIDADES II Y III
José Decena
25.737.344
Electiva V
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN

2. GEOMETRÍA DE LA FIBRA ÓPTICA.
La fibra óptica está compuesta por una o más fibras, cada una con su correspondiente
recubrimiento), tal como se observa en la figura, consta de varios componentes
colocados de forma concéntrica. Desde el centro hasta el exterior del cable de fibra
óptica nos encontramos con: el núcleo, un revestimiento, una cubierta. El núcleo es el
medio físico que transporta las señales ópticas de datos desde la fuente de luz al
dispositivo de recepción. Se trata de una sola fibra continua de vidrio ultra-puro de
cuarzo o dióxido de silicio de diámetro muy pequeño, entre 10 y 300 micrones ( m) (10-
6m). Cuanto mayor es el diámetro del núcleo, mayor es la cantidad de luz que el cable
puede transportar. Precisamente, los cables de fibra óptica se clasifican en función de su
diámetro.
Los tres tamaños disponibles más
usuales son los de 50 m, 62.5 m y 100
m.
El revestimiento o aislante de vidrio,
que rodea el núcleo tiene un índice
refractante distinto al del núcleo, de
forma que actúa como capa
reflectante y consigue que las ondas
de luz que intentan escapar del núcleo
sean reflejadas y retenidas en el
núcleo.
UNIDAD II

3. PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LA FIBRA ÓPTICA
La fibra óptica se basa en el principio de la reflexión total. La luz cambia de trayectoria al
pasar de un medio a otro, como el aire y el vidrio. A partir de cierto ángulo, la luz no
puede abandonar un medio para pasar a otro, y se refleja en la superficie que los
separa. De este modo, la luz que viaja por una fibra óptica permanece en su interior,
rebotando en las paredes, aunque la fibra se doble.
Cuando la luz pasa de un medio material a
otro con distinta densidad, se produce una
combinación de fenómenos curiosos:
Reflexión: una parte de los rayos rebotan sobre el nuevo material y salen reflejados
o despedidos con un ángulo igual al incidente.
Refracción: el resto de rayos se transmiten hacia el interior del material.
UNIDAD II

4. ÓPTICA GEOMÉTRICA
Esta aproximación es llamada de la Eikonal y
permite derivar la óptica geométrica a partir de
algunas de las ecuaciones de Maxwell.
Formación de un arco iris por medio
de la óptica geométrica.
En física, la óptica geométrica es parte de las leyes fenomenológicas de la reflexión
y la refracción. A partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos para la
obtención de las fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes, obteniendo
así las leyes que gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del
comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los
objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello
permite despreciar los efectos derivados de la difracción,
comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.
UNIDAD II

5. ÓPTICA ONDULATORIA
Óptica Ondulatoria. Principio de Huyghens–Fresnel. Dentro del modelo ondulatorio
de la propagación de la luz, el principio de Huyghens – Fresnel es, a su vez, un
modelo que permite analizar muchos fenómenos ondulatorios en forma muy sencilla.
Durante la propagación de la luz, cada punto de un frente de onda se comporta
como un emisor de ondas
esféricas secundarias. El
nuevo frente de onda
creado en un instante Dt
posterior pasa por la
superficie tangente a las
ondas secundarias.
UNIDAD II

6. TIPOS DE FIBRAS Y CABLES ÓPTICOS
Fibra Óptica Monomodo
También llamadas unimodo o unimodales. El núcleo es tan pequeño como para
que la luz sólo pueda seguir una única trayectoria (modo) de propagación.
Ventajas: dispersión modal mínima y mayor ancho de banda.
Desventajas: difícil acoplamiento de la luz por su pequeña abertura, se necesita
un láser muy direccional. Costosas y caras de fabricar.
Fibra Óptica Multimodo
El núcleo tiene un diámetro más
grande, de forma que múltiples rayos
de luz pueden propagarse con
diferentes trayectorias y velocidades.
Ventajas: fabricación barata y sencilla,
fácil acoplar luz por su mayor abertura.
Desventajas: las múltiples trayectorias
producen diferencias en los tiempos de
propagación, mayor dispersión modal.
Ancho de banda más reducido.
UNIDAD II

7. CARACTERÍSTICAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS:
ATENUACIÓN, DISPERSIÓN, EFECTOS NO
LINEALES.
ATENUACIÓN
Es la pérdida de potencia óptica en una fibra, y se mide en dB y dB/Km. Una
pérdida del 50% de la potencia de entrada equivale a -3dB. La atenuación o
pérdidas de transmisión han demostrado ser la espoleta que ha disparado la
aceptación de estos sistemas como medio de transmisión en
telecomunicaciones. La atenuación del canal es lo que fija la distancia entre
repetidores (amplificadores de señal), así pues la fibra empezó a ser un medio
muy interesante cuando bajó su atenuación por debajo de los 5dB/Km que es la
atenuación típica de un conductor metálico.
1) Atenuación por tramo: Es debida a las características de fabricación propia de
cada fibra (naturaleza del vidrio, impurezas, etc.) y se mide en dB/Km, lo cual nos
indica cuántos dB se perderán en un kilómetro.
2) Intrínsecas: Dependen de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no las
podemos eliminar.
3) Extrínsecas: son debidas al mal cableado y empalme.
UNIDAD II

8. DISPERSIÓN
La dispersión lineal transfiere parte de la potencia contenida en un
modo de propagación a otro modo de forma lineal (proporcional a la
EFECTOS NO LINEALES.
Las fibras ópticas no siempre se comportan como canales de transmisión lineales
en los cuales el incremento en la potencia de entrada implique un incremento
proporcional de la potencia de salida. Hay varios efectos no lineales que en el
caso que nos ocupa, la dispersión, provoca unos incrementos muy altos en la
atenuación. Este efecto ocurre para elevadas potencias ópticas. Esta dispersión
no lineal genera que potencia de un modo sea transferida a otro, tanto en la
misma dirección de propagación como en la contraria, este otro modo tendrá
además una longitud de onda distinta. Esta dispersión depende fuertemente de la
densidad de potencia óptica y sólo es significativa sobre determinados umbrales
de potencia
potencia del modo). Este proceso produce una atenuación ya que parte dela
potencia transferida puede pasar a un modo no permitido que será radiado al
exterior. Otra característica de este tipo de pérdidas es que no hay cambio de
frecuencia (o longitud de onda) en el proceso de dispersión.
UNIDAD II

9. PRINCIPIO DE EMISIÓN DE LUZ
UNIDAD III
Principio de la absorción y la emisión de un fotón. Si la energía implicada es
moderada, transiciones electrónicas se producen sólo en las capas exteriores
de los átomos. Se corresponden con el paso de un electrón de la sub-capa no
se cumple a una sub-capa desocupado de energía superior (absorción) o al
regreso de un electrón en la
sub-capa de valencia (emisión).
Si la energía empleada es
suficientemente alta (en las
muy altas frecuencias), hay
arrebatamiento de electrones

10. ESPECTROS DE EMISIÓN
El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de
frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento,
en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de
cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es
parte de un compuesto desconocido.
DIODOS EMISORES DE LUZ (LED).
Un diodo emisor de luz o led5n 1 (también conocido por la sigla LED, del inglés
light-emitting diode) es una fuente de luz constituida por un material semiconductor
dotado de dos terminales. Se trata de un diodo de
unión p-n, que emite luz cuando está activado.6 Si se
aplica una tensión adecuada a los terminales, los
electrones se recombinan con los huecos en la
región de la unión p-n del dispositivo, liberando
energía en forma de fotones. Este efecto se
denomina electroluminiscencia, y el color de la luz
generada (que depende de la energía de los fotones
emitidos) viene determinado por la anchura de la
banda prohibida del semiconductor.
UNIDAD III

11. EL OSCILADOR LÁSER: MODOS EN LA
CAVIDAD LÁSER.
Una cavidad láser tiene un gran número de modos de ondas estacionarias
longitudinales dentro de la envolvente espectral de la transición láser. A pesar
de que el láser es de hecho, casi monocromático, los modos están tan cerca
unos de otros, que puede haber muchos miles de ellos, dentro de ese estrecho
rango de frecuencias. Si no hay ninguna influencia para elegir los modos,
entonces el "ruido" cuántico aleatorio activará los modos de forma aleatoria, y
la acción del láser puede ocurrir esencialmente de forma continua y con fases
aleatorias respecto de los otros modos longitudinales. Si hubiera alguna
influencia que conmute Q el láser para interrumpir la acción láser, y luego la
permita a través de un breve estallido de luz, entonces ese pulso de luz hará
uso de la inversión de población que ha acumulado en el intervalo y producirá
un pulso más fuerte. A esto ayuda la operación de un oscilador láser pulsado.
UNIDAD III

12. LÁSER DBR SINTONIZABLE
Los diodos láser DFB y DBR fueron originalmente desarrollados para
operar con longitud de onda fija (descritos en el anexo A), pero a diferencia del
diodo láser DFB el diodo DBR se adapta mejor a la sintonización de la longitud de
onda, esto debido a la separación de la regiones activa y pasiva (grating) dentro
del láser. El método utilizado para este diodo láser es el de inyección de corriente.
El mejor diseño del diodo DBR para esta función es el de 3 secciones como se
muestra en la Fig. 1.6. Una sección pasiva de control de fase separa la sección de
grating de la sección activa. Las secciones pasivas son fabricadas de materiales
con energías más altas de bandgap que la sección activa para prevenir que las
secciones pasivas de control de fase y de grating realicen absorción de fotones.
De esta manera la
inyección de corriente
cambia la densidad de
portadores en estas
secciones sin interferir
con la generación de
fotones en la región
activa.
DBR sintonizable de 3 secciones
UNIDAD III

13. LONGITUD DE ONDA ESPECTRAL
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del
conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina
espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación
electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de
absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de
manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar
mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten
realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la
intensidad de la radiación. El espectro electromagnético se extiende desde la
radiación de menor
longitud de onda, como
los rayos gamma y los
rayos X, pasando por la
radiación ultravioleta, la
luz visible y la radiación
infrarroja, hasta las
ondas
electromagnéticas de
mayor longitud de onda,
como son las ondas de
radio.
UNIDAD III