Fibra óptica
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Una fibra óptica ( o fibra óptica) es una fibra flexible, transparente hecho de vidrio ( sílice ) o de plástico, ligeramente más grueso que un cabello humano. Funciona como una guía de ondas, o " tubo de luz ", para transmitir la luz entre los dos extremos de la fibra. El campo de la la ciencia aplicada y la ingeniería se ocupa del diseño y aplicación de las fibras ópticas que se conoce como la fibra óptica. Las fibras ópticas son ampliamente utilizados en comunicaciones de fibra óptica, que permite la transmisión a largas distancias y en mayor anchos de banda (tipos de datos) que otras formas de comunicación. Las fibras se utilizan en lugar de metálicos cables ya que las señales viajan a través de ellos con menos pérdida y también son inmunes a interferencia electromagnetica. Las fibras también se utilizan para la iluminación, y se envuelven en haces de modo que puedan ser utilizados para transportar imágenes, permitiendo así la visualización en espacios confinados. Fibras especialmente diseñados se utilizan para una variedad de otras aplicaciones, incluyendo y sensores láseres de fibra.
Las fibras ópticas incluyen típicamente una transparente núcleo rodeado por una transparente material de revestimiento con una menor índice de refracción. Luz se mantiene en el núcleo por reflexión interna total. Esto hace que la fibra a actuar como guía de onda. Las fibras que soportan muchos caminos de propagación o modos transversales se denominan fibras multimodo (MMF), mientras que los que sólo admiten un único modo se llaman fibras monomodo (SMF). Fibras de modo Multi generalmente tienen un diámetro de núcleo más amplio, y se utilizan para enlaces de comunicación de corta distancia y para aplicaciones donde deben ser transmitidos de alta potencia. Las fibras monomodo se utilizan para la mayoría de los enlaces de comunicación de más de 1.050 metros (3.440 pies).
Junto a longitudes de fibra óptica es más compleja que une cable eléctrico o cable. Los extremos de las fibras deben ser cuidadosamente troceados, y luego empalmados juntos, ya sea mecánicamente o por la fusión con calor. Especial conectores de fibra óptica para las conexiones desmontables están también disponibles.
Historia
Fibra óptica, aunque ampliamente utilizado en el mundo moderno, es bastante simple, y relativamente antigua, la tecnología. Rectores de la luz por refracción, el principio que hace que la fibra óptica es posible, se demostró por primera vez por Daniel Colladon y Jacques Babinet en París a principios de 1840. John Tyndall incluyó una demostración de que en sus conferencias públicas en Londres , 12 años después. Tyndall también escribió acerca de 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 que está doblada desde la perpendicular ... Si el ángulo que el rayo en agua encierra con la perpendicular a la superficie sea mayor que 48 grados, el rayo no salir del agua a todo: se refleja totalmente en la superficie .... El ángulo que marca el límite en el que la reflexión total comienza se llama el ángulo límite de la media. Para el agua este ángulo es de 48 ° 27 ', para el vidrio Flint es 38 ° 41', mientras que para el diamante es 23 ° 42 '. "Pelos humanos no pigmentadas también se han demostrado para actuar como una fibra óptica.
Las aplicaciones prácticas, como cerca iluminación interna durante la odontología, aparecieron a principios del siglo XX. La transmisión de imágenes a través de tubos se demostró de forma independiente por el experimentador de radio Clarence Hansell y el pionero de la televisión John Logie Baird en la década de 1920. El principio fue utilizado por primera vez para los exámenes médicos internos por Heinrich Lamm en la siguiente década. Las fibras ópticas modernas, donde la fibra de vidrio está recubierta con un revestimiento transparente para ofrecer una más adecuada índice de refracción, apareció más tarde en la década. Desarrollo se centró en haces de fibras para la transmisión de imágenes. Harold Hopkins y Narinder Singh Kapany en Imperial College de Londres logró la transmisión de luz de baja pérdida a través de un largo paquete de 75 cm que combinó varios miles de fibras. Su artículo titulado "Un fibroscopio flexible y utiliza el barrido estático", fue publicado en la revista Nature en 1954. El primero de fibra óptica semi-flexible gastroscopio fue patentado por Basilio Hirschowitz, C. Wilbur Peters, y Lawrence E. Curtiss, investigadores de la Universidad de Michigan, en 1956. En el proceso de elaboración del gastroscopio, Curtiss produjo las primeras fibras cubiertas de vidrio; fibras ópticas anteriores se habían basado en aceites y ceras de aire o poco prácticas como el material de revestimiento de bajo índice.
Una variedad de otras aplicaciones de transmisión de imágenes poco después.
En 1880 Alexander Graham Bell y Sumner Tainter inventó el ' Photophone 'en la Volta Laboratorio en Washington, DC, para transmitir señales de voz a través de un haz óptico. Era una forma avanzada de las telecomunicaciones, pero sujeto a interferencias atmosféricas y poco práctico hasta que el transporte seguro de la luz que se ofreció por los sistemas de fibra óptica. A finales del siglo 19 y principios del 20, la luz se guía a través de varillas de vidrio dobladas para iluminar las cavidades del cuerpo. Jun-ichi Nishizawa, un científico japonés en Universidad de Tohoku, también propuso el uso de fibras ópticas para las comunicaciones en el año 1963, según consta en su libro publicado en 2004 en la India . Nishizawa inventó otras tecnologías que han contribuido al desarrollo de las comunicaciones de fibra óptica, como la fibra óptica de índice gradual como un canal para la transmisión de la luz a partir de láseres semiconductores. El primer sistema de transmisión de datos por fibra óptica de trabajo se demostró por el físico alemán Manfred Börner en Telefunken Research Labs en Ulm en 1965, que fue seguido por la primera solicitud de patente para esta tecnología en 1966. Charles K. Kao y George A. Hockham de la compañía británica Teléfonos y Cables estándar (STC) fueron los primeros en promover la idea de que la atenuación en las fibras ópticas puede reducirse por debajo de 20 decibelios por kilómetro (dB / km), la fabricación de fibras de un medio de comunicación práctica. Propusieron que la atenuación en fibras disponibles en el momento fue causada por las impurezas que podrían ser eliminadas, y no por efectos físicos fundamentales tales como la dispersión. Ellos correctamente y sistemáticamente la teoría de las propiedades de pérdida de luz de fibra óptica, y señalaron el material adecuado a utilizar para estas fibras - vidrio de sílice de alta pureza. Este descubrimiento ganó Kao el Premio Nobel de Física en 2009.
La NASA utiliza la fibra óptica en las cámaras de televisión que fueron enviados a la Luna. En ese momento, el uso de las cámaras fue clasificado confidencial, y sólo los que tienen la habilitación de seguridad derecha o los acompañados por alguien con la habilitación de seguridad derecho se les permitió manejar las cámaras.
El límite de atenuación crucial de 20 dB / km se logró por primera vez en 1970, por los investigadores Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, y Frank Zimar trabajar para el fabricante de vidrio estadounidense Corning Glass Works, ahora Corning Incorporated. Ellos demostraron una fibra con 17 dB / km por atenuación dopaje vidrio de sílice con titanio . Unos años más tarde se produjo una fibra con sólo 4 dB / km atenuación utilizando dióxido de germanio como el dopante del núcleo. Dicha baja atenuación marcó el comienzo de telecomunicaciones de fibra óptica. En 1981, General Electric produjo fusionado de cuarzo lingotes que puedan ser arrastrados hacia la fibra óptica hebras 25 millas (40 kilómetros) de largo.
Atenuación en cables ópticos modernos es mucho menor que en los cables eléctricos de cobre, dando lugar a conexiones de fibra de largo recorrido con distancias de repetición de 70-150 kilómetros (43 a 93 millas). La amplificador de fibra dopada con erbio, que redujo el costo de los sistemas de fibra de larga distancia mediante la reducción o eliminación de los repetidores óptico-eléctrico-ópticas, fue co-desarrollado por los equipos dirigidos por David N. Payne de la Universidad de Southampton y Emmanuel Desurvire en Laboratorios Bell en 1986. fibra óptica moderna robusto utiliza vidrio para ambos alma y la funda, y por lo tanto es menos propensa al envejecimiento. Fue inventado por Gerhard Bernsee de Schott Glass en Alemania en 1973.
El campo emergente de la cristales fotónicos condujeron al desarrollo en 1991 de Fibra de cristal fotónico, que guía la luz por de difracción de una estructura periódica, en lugar de por reflexión interna total. Las primeras fibras de cristal fotónico se convirtieron disponible comercialmente en 2000. fibras de cristal fotónico puede llevar a una potencia mayor que las fibras convencionales y sus propiedades de longitud de onda dependiente pueden ser manipulados para mejorar el rendimiento.
Aplicaciones
De comunicación de fibra óptica
La fibra óptica se puede utilizar como un medio para la telecomunicación y las redes de computadoras, 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 poca atenuación en comparación con cables eléctricos. Esto permite largas distancias para ser atravesados con pocos repetidores. Además, las señales de luz que se propaga por canal en la fibra han sido modulada a tasas tan altas como 111 gigabits por segundo por NTT, aunque el 10 o 40 Gbit / s es típico en los sistemas desplegados. Cada fibra puede llevar a muchos canales independientes, cada uno con una longitud de onda diferente de la luz ( DWDM (WDM)). La velocidad de datos neta (velocidad de datos sin bytes de cabecera) por fibra es la tasa por canal de datos reducido por la sobrecarga FEC, multiplicado por el número de canales (normalmente hasta ochenta en comercial sistemas WDM densa a partir de 2008). El registro de fibra óptica de laboratorio de velocidad de datos actual, en poder de Alcatel-Lucent en Villarceaux, Francia, es la multiplexación 155 canales, cada uno con 100 Gbit / s sobre una fibra 7.000 kilometros. Nippon Telegraph and Telephone Corporation ha logrado también el 69,1 Tbit / s sobre un solo 240 kilometros de fibra (multiplexación 432 canales, lo que equivale a 171 Gbit / s por canal). Laboratorios Bell también rompió un petabit 100 por segunda barrera kilometros (15,5 Tbit / s más de un km de fibra simple 7000).
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 llevar a muchos más datos que los cables eléctricos como estándar categoría 5 de cableado Ethernet, que normalmente se ejecuta en 100 Mbit / s, o 1 Gbit / s velocidades. La fibra también es inmune a las interferencias eléctricas; no hay ninguna interferencia entre las señales en diferentes cables y sin registro de ruido ambiental. Cables de fibra para no blindados no conducen la electricidad, lo que hace que la fibra es una buena solución para la protección de equipos de comunicaciones en entornos de alta tensión, como instalaciones de generación de energía, o estructuras de comunicación de metal con tendencia a la caída de rayos. También se pueden utilizar en ambientes donde los gases explosivos están presentes, sin peligro de ignición. Escuchas telefónicas (en este caso, fibra tapping) es más difícil en comparación con las conexiones eléctricas, y hay fibras de doble núcleo concéntricos que se dice que son-tap prueba.
Sensores de fibra óptica
Las fibras tienen muchos usos en la teledetección. En algunas aplicaciones, el sensor es en sí misma una fibra óptica. En otros casos, la fibra se utiliza para conectar un sensor no de fibra óptica a un sistema de medición. Dependiendo de la aplicación, la fibra se puede utilizar debido a su pequeño tamaño, o el hecho de que ningún se necesita energía eléctrica en la ubicación remota, o porque muchos sensores pueden ser multiplexados a lo largo de la longitud de una fibra mediante el uso de diferentes longitudes de onda de luz para cada sensor, o mediante la detección del tiempo de retardo cuando la luz pasa a lo largo de la fibra a través de cada sensor. Retardo de tiempo se puede determinar usando un dispositivo tal como una OTDR.
Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir cepa, temperatura , presión y otras cantidades mediante la modificación de una fibra de modo que la propiedad a medir modula la intensidad, fase, la polarización, longitud de onda, o tiempo de tránsito de la luz en la fibra. Los sensores que varían la intensidad de la luz son los más sencillos, ya que sólo se requiere una fuente simple y detector. Una característica particularmente útil de tales sensores de fibra óptica es que pueden, si es necesario, proporcionar detección distribuida a distancias de hasta un metro.
Sensores de fibra óptica extrínsecos utilizan un cable de fibra óptica, normalmente un multi-modo uno, para transmitir Luz alterna, ya sea de un no-fibra-sensor óptico o un sensor electrónico conectado a un transmisor óptico. Una ventaja importante de sensores extrínsecos es su capacidad para llegar a lugares inaccesibles de otra manera. Un ejemplo es la medición de la temperatura en el interior de aviones motores a reacción mediante el uso de una fibra para transmitir radiación en una radiación pirómetro fuera del motor. Sensores extrínsecos se pueden utilizar de la misma manera para medir la temperatura interna de transformadores eléctricos, cuando el extremo campos electromagnéticos presentan hacer otras técnicas de medición imposible. Sensores extrínsecos medir vibración, rotación, desplazamiento, velocidad, aceleración, el par, y la torsión. Una versión de estado sólido del giroscopio, utilizando la interferencia de la luz, se ha desarrollado. La giroscopio de fibra óptica (FOG) no tiene partes móviles, y explota la Efecto Sagnac para detectar la rotación mecánica.
Los usos más comunes de sensores de fibra óptica incluye los sistemas de seguridad de detección de intrusión avanzada. La luz se transmite a lo largo de un cable sensor de fibra óptica colocado en una valla, tubería, o el cableado de comunicación, y la señal de retorno se controla y se analizó para perturbaciones. Esta señal de retorno se procesa digitalmente para detectar alteraciones y disparar una alarma si se ha producido una intrusión.
Otros usos de las fibras ópticas
Las fibras son ampliamente utilizados en aplicaciones de iluminación. Se utilizan como guías de luz en aplicaciones médicas y otros en los que hay una luz brillante para ser brillaban sobre un objetivo sin una ruta clara línea de visión. En algunos edificios, las fibras ópticas ruta luz solar desde el techo a otras partes del edificio (véase Anidólica óptica). Iluminación de fibra óptica también se utiliza para aplicaciones decorativas, incluyendo señales, arte , juguetes y artificial Árboles de Navidad. Boutiques Swarovski utilizan fibras ópticas para iluminar sus vitrinas de cristal desde muchos ángulos diferentes, mientras que sólo el empleo de una fuente de luz. La fibra óptica es una parte intrínseca del producto edificio de hormigón que transmite la luz, LiTraCon.
La fibra óptica también se utiliza en la óptica de imagen. Se utiliza un haz coherente de fibras, a veces junto con las lentes, para un dispositivo largo, imágenes delgado llamado endoscopio, que se utiliza para ver objetos a través de un pequeño agujero. Endoscopios médicos se utilizan para exploratoria mínimamente invasiva o procedimientos quirúrgicos. Endoscopios industriales (ver fibroscopio o boroscopio) se utilizan para la inspección de cualquier cosa de difícil acceso, como los interiores de motores a reacción. Muchos microscopios utilizan fuentes de luz de fibra óptica para proporcionar iluminación intensa de las muestras en estudio.
En la espectroscopia , haces de fibras ópticas transmiten luz de un espectrómetro a una sustancia que no puede ser colocado dentro de la propia espectrómetro, con el fin de analizar su composición. Un espectrómetro analiza sustancias por rebotar la luz de ya través de ellos. Mediante el uso de fibras, un espectrómetro puede ser usado para estudiar los objetos de forma remota.
Una fibra óptica dopado con cierta elementos de tierras raras como erbio se pueden utilizar como la de ganancia media de un láser o amplificador óptico. Fibras ópticas dopadas de tierras raras se pueden utilizar para proporcionar la señal de amplificación mediante corte y empalme de una sección corta de fibra dopada en un (sin dopar) línea de fibra óptica normal. La fibra dopada es de bombeo óptico con una segunda longitud de onda de láser que se acopla en la línea, además de la onda de la señal. Ambas longitudes de onda de luz se transmiten a través de la fibra dopada, que transfiere energía a partir de la segunda longitud de onda de la bomba a la onda de la señal. El proceso que hace que la amplificación es emisión estimulada.
Las fibras ópticas dopadas con una palanca de cambios de longitud de onda recoger luz de centelleo en experimentos de física.
La fibra óptica puede ser utilizado para suministrar un nivel bajo de potencia (alrededor de un vatio) a la electrónica situada en un entorno eléctrico difícil. Ejemplos de esto son la electrónica en los elementos de alta potencia de antenas y dispositivos de medición utilizados en los equipos de transmisión de alto voltaje.
La vistas del hierro de pistolas, rifles y escopetas pueden utilizar piezas cortas de fibra óptica para la mejora del contraste.
Principio de funcionamiento
Una fibra óptica es una cilíndrica guía de ondas dieléctrica ( la guía de ondas no conductor) que transmite luz a lo largo de su eje, por el proceso de reflexión interna total. La fibra consta de un núcleo rodeado por una capa de revestimiento, ambos de los cuales están hechos de materiales dieléctricos. Para confinar la señal óptica en el núcleo, la índice de refracción del núcleo debe ser mayor que la del revestimiento. El límite entre el núcleo y el revestimiento o bien puede ser abrupta, en fibra de salto de índice, o gradual, en fibra de índice gradual.
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, tales 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. Por consiguiente, el índice de refracción de un vacío es 1, por definición. El valor típico para el revestimiento de una fibra óptica es 1,52. El valor principal es típicamente 1.62. Cuanto mayor sea el índice de refracción, la luz se desplaza más lento en ese medio. A partir de esta información, una buena regla general es que la señal utilizando fibra óptica para la comunicación viajará alrededor de 200.000 kilómetros por segundo. O para decirlo de otra manera, viajar 1000 kilometros en fibra, la señal tardará 5 milisegundos para propagarse. Así, una llamada telefónica realizada por la fibra entre Sydney y Nueva York, a una distancia de 12.000 kilómetros, significa que hay un retardo mínimo absoluto de 60 milisegundos (o alrededor de 1/16 de segundo) entre la persona que llama cuando uno habla cuando la otra escucha . (Por supuesto, la fibra en este caso, probablemente viajará una ruta más larga, y no habrá retrasos adicionales debido a la conmutación de equipos de comunicación y el proceso de codificación y decodificación de la voz sobre la fibra).
La reflexión interna total
Cuando la luz viaja en un medio ópticamente denso realiza un límite en un ángulo empinado (más grande que la ángulo crítico para el límite), la luz se refleja completamente. Esto se llama reflexión interna total. Este efecto se utiliza en las fibras ópticas para confinar la luz en el núcleo. La luz viaja a través del núcleo de la fibra, rebotando de la frontera entre el núcleo y el revestimiento. Debido a que la luz debe encontrar 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 cono de aceptación de la fibra. El tamaño de este cono de aceptación es una función de la diferencia de índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento de la fibra.
En términos más simples, hay un ángulo máximo desde el eje de la fibra en la que la luz puede entrar en la fibra de modo que se propagará, o de viaje, en el núcleo de la fibra. La seno de este ángulo máximo es el apertura numérica (NA) de la fibra. Fibra con una NA grande requiere menos precisión para empalmar y trabajar con que la fibra con un menor NA. La fibra monomodo tiene un pequeño NA.
Fibra multimodo
Fibra con un gran diámetro de núcleo (mayor que 10 micrómetros) puede ser analizada por la óptica geométrica. Tal fibra se llama fibra multi-modo, a partir del análisis electromagnético (ver más abajo). En una fibra multimodo de índice escalonado, rayos de luz son guiados a lo largo del núcleo de la fibra por reflexión interna total. Rayos que cumplen con la frontera entre el núcleo y el revestimiento en un ángulo alto (medido respecto a una línea normal a la frontera), mayor que la ángulo crítico para este límite, se reflejan por completo. El ángulo crítico (el ángulo mínimo de reflexión interna total) se determina por la diferencia de índice de refracción entre los materiales del núcleo y de revestimiento. Rayos que cumplen el límite en un ángulo bajo son refractados de la núcleo en el revestimiento, y no transmiten la luz y por lo tanto la información a lo largo de la fibra. El ángulo crítico determina la ángulo de aceptación de la fibra, a menudo reportada como una apertura numérica. Una apertura numérica alta permite que la luz se propague por la fibra en tanto los rayos cercanos al eje y en diversos ángulos, permitiendo el acoplamiento eficiente de la luz en la fibra. Sin embargo, esta alta apertura numérica aumenta la cantidad de dispersión como rayos en diferentes ángulos tienen diferente longitudes de trayectoria y, por tanto, toman diferentes tiempos de atravesar la fibra.
En fibra de índice gradual, 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 al revestimiento, en lugar de reflejar abruptamente desde el límite entre el núcleo y el revestimiento. Las trayectorias curvas resultantes reducen la dispersión multitrayecto porque los rayos de alta ángulo pasan más a través de la periferia inferior de índice del núcleo, en vez de el centro de alto índice. El perfil de índice se elige para minimizar la diferencia de velocidades de propagación axial de los diversos rayos en la fibra. Este perfil ideal índice está muy cerca de un parabólica relación entre el índice y la distancia desde el eje.
La fibra monomodo
1. Núcleo: 8 m de diámetro
2. Revestimiento: 125 micras de diámetro.
3. Buffer: 250 micras de diámetro.
4. sobrecubierta: 400 micras de diámetro.
De fibra con un diámetro de núcleo de menos de aproximadamente diez veces las longitud de onda de la luz que se propaga no puede ser modelado utilizando la óptica geométrica. En lugar de ello, debe ser analizada como un electromagnética estructura, por la solución de las ecuaciones de Maxwell como reducido a la ecuación de onda electromagnética. El análisis electromagnético también puede ser necesaria para entender los comportamientos tales como moteado que ocurrir cuando luz coherente se propaga en la fibra multimodo. A modo de guía de onda óptica, la fibra es compatible con uno o más confinados modos transversales por el cual la luz puede propagarse a lo largo de la fibra. Fibra soporta solamente un modo se llama de modo único o de fibra mono-modo. El comportamiento de los de mayor núcleo de fibra multi-modo también puede ser modelado utilizando la ecuación de onda, lo que demuestra que dicha fibra soporta más de un modo de propagación (de ahí el nombre). Los resultados de este tipo de modelos de fibra multimodo aproximadamente coinciden con las predicciones de la óptica geométrica, si el núcleo de la fibra es lo suficientemente grande como para soportar más de unos pocos modos.
El análisis muestra que la guía de ondas de la energía de la luz en la fibra no está completamente confinada en el núcleo. En lugar de ello, especialmente en las fibras monomodo, una fracción significativa de la energía en el modo de enlace se desplaza en el revestimiento como una onda evanescente.
El tipo más común de fibra monomodo tiene un diámetro de núcleo de 8-10 micrómetros y está diseñado para su uso en el infrarrojo cercano. La estructura de modo depende de la longitud de onda de la luz utilizada, de manera que esta fibra realmente apoya un pequeño número de modos adicionales en longitudes de onda visibles. Fibra de modo múltiple, en comparación, se fabrica con diámetros de núcleo tan pequeñas como 50 micrómetros y tan grandes como cientos de micrómetros. La frecuencia normalizada V para esta fibra debe ser menor que el primer cero de la función de Bessel J 0 (aproximadamente 2.405).
Fibras para usos especiales
Algunos de fibra óptica de propósito especial se construye con un núcleo no cilíndrica y / o capa de revestimiento, por lo general con una sección transversal elíptica o rectangular. Éstos incluyen fibra mantenedora de polarización y fibra diseñado para suprimir susurrando propagación modo de galería. Fibras mantenedora de polarización son único tipo de fibras que se utiliza comúnmente en sensores de fibra óptica debido a su capacidad para mantener la polarización de la luz insertada en el mismo.
Fibra de cristal fotónico se hace con un patrón regular de la variación del índice (a menudo en forma de agujeros cilíndricos que se ejecutan a lo largo de la longitud de la fibra). Tales usos de fibra efectos de difracción en lugar de o además de la reflexión interna total, para confinar la luz para el núcleo de la fibra. Las propiedades de la fibra se pueden adaptar a una amplia variedad de aplicaciones.
Mecanismos de atenuación
La atenuación en la fibra óptica, también conocidos como pérdida de transmisión, es la reducción de la intensidad del haz de luz (o señal) a medida que viaja a través del medio de transmisión. Los coeficientes de atenuación en la fibra óptica suelen utilizar unidades de dB / km a través del medio debido a la relativamente alta calidad de la transparencia de los medios de transmisión óptica moderna. El medio es por lo general una fibra de vidrio de sílice que confina el haz de luz incidente hacia 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 ha ido en tanto limitar la atenuación y maximizando la amplificación de la señal óptica. La investigación empírica ha demostrado que la atenuación en la fibra óptica es causada principalmente por dos dispersión y absorción.
Dispersión de la luz
La propagación de la luz a través del núcleo de una fibra óptica se basa en la reflexión interna total de la onda de luz. Las superficies rugosas e irregulares, incluso en el nivel molecular, pueden causar los rayos de luz que se reflejan en direcciones aleatorias. Se llama reflexión difusa o dispersión, y se caracteriza típicamente por una amplia variedad de ángulos de reflexión.
Dispersión de la luz depende de la longitud de onda de la luz que se dispersa. Por lo tanto, los límites a escalas espaciales de visibilidad surgen, dependiendo de la frecuencia del incidente de onda de luz y la dimensión física (o escala espacial) del centro de dispersión, que es típicamente en la forma de alguna característica micro-estructural específica. Desde la luz visible tiene una longitud de onda del orden de uno centros micrómetro (una millonésima parte de un metro) dispersión tendrán dimensiones en una escala espacial similar.
Por lo tanto, la atenuación resulta de la dispersión incoherente de luz al interior y superficies interfaces. En (poli) materiales cristalinos tales como metales y cerámica, además de los poros, la mayoría de las superficies internas o interfaces están en la forma de los límites de grano que separan diminutas regiones de orden cristalino. Se ha demostrado recientemente 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 que se dispersa, la dispersión ya no se produce en ningún grado significativo. Este fenómeno ha dado lugar a la producción de materiales cerámicos transparentes.
Del mismo modo, la dispersión de la luz en la fibra de vidrio de calidad óptica es causada por irregularidades nivel molecular (fluctuaciones de composición) en la estructura de cristal. De hecho, una emergente escuela de pensamiento es que un vaso no es más que el caso límite de un sólido policristalino. Dentro de este marco, "dominios" que exhiben diversos grados de orden de corto alcance se convierten en los componentes básicos de los metales y aleaciones, así como vidrios y cerámicas. Distribuidos entre y dentro de estos dominios son defectos microestructurales que proporcionan los lugares más idóneos para dispersión de la luz. Este mismo fenómeno se observa como uno de los factores limitantes en la transparencia de las cúpulas de misiles IR.
En potencias ópticas altas, la dispersión también puede ser causada por procesos ópticos no lineales en la fibra.
UV-Vis-IR absorción
Además de dispersión de la luz, la atenuación o pérdida de señal también pueden ocurrir debido a la absorción selectiva de longitudes de onda específicas, de una manera similar a la responsable de la aparición de color. Consideraciones materiales primarios incluyen tanto los electrones y las moléculas de la siguiente manera:
1) En el nivel electrónico, que depende de si los orbitales de electrones están espaciados (o "cuantizada") tal que pueden absorber un cuanto de luz (o de fotones) de una longitud de onda o frecuencia específica en el ultravioleta (UV) o rangos visibles . Esto es lo que da origen a color.
2) A nivel atómico o molecular, que depende de la frecuencia de las vibraciones atómicas o moleculares o enlaces químicos, cómo-empacados cerca sus átomos o moléculas son, y si o no los átomos o moléculas exhiben orden de largo alcance. Estos factores determinan la capacidad del material de la transmisión de longitudes de onda más largas en el infrarrojo (IR), los rangos de IR, radio y microondas lejanos.
El diseño de cualquier dispositivo ópticamente transparente requiere la selección de materiales basados en el conocimiento de sus propiedades y limitaciones. La Enrejado características de absorción observadas en las regiones más bajas de frecuencia (mediados de IR a una longitud de onda de infrarrojo lejano) definen el límite de longitud de onda larga la transparencia del material. Son el resultado del interactivo acoplamiento entre los movimientos de las vibraciones inducidas térmicamente de los átomos constituyentes y moléculas de la red sólida y la radiación de onda de luz incidente. Por lo tanto, todos los materiales están delimitadas por las regiones de absorción causados por las vibraciones atómicas y moleculares (bonos de estiramiento) en el infrarrojo lejano (> 10 micras) limitante.
Por lo tanto, la absorción multi-fonón se produce cuando dos o más fonones interactúan simultáneamente para producir momentos dipolares eléctricos con los que la radiación incidente puede pareja. Estos dipolos pueden absorber energía de la radiación incidente, alcanzando un máximo acoplamiento con la radiación cuando la frecuencia es igual al modo de vibración fundamental del dipolo molecular (por ejemplo, enlace Si-O) en el infrarrojo lejano, o una de sus armónicos.
La absorción selectiva de infrarrojos (IR) de luz por un material particular se produce porque la frecuencia seleccionada de la onda de luz coincide con la frecuencia (o un múltiplo entero de la frecuencia) en el que las partículas de que el material vibre. Puesto que los diferentes átomos y moléculas tienen diferentes frecuencias naturales de vibración, que absorberán selectivamente diferentes frecuencias (o porciones del espectro) de infrarrojos (IR) de luz.
La reflexión y la transmisión de las ondas de luz se deben a que las frecuencias de las ondas de luz no coinciden con las frecuencias de resonancia naturales de vibración de los objetos. Cuando la luz IR de estas frecuencias choca contra un objeto, la energía está bien reflejada o transmitida.
Fabricación
Materiales
Fibras ópticas de vidrio son casi siempre hechas de sílice , pero algunos otros materiales, tales como fluorocirconato, fluoroaluminato, y vidrios calcogenuros, así como los materiales cristalinos como zafiro, se utilizan para la mayor longitud de onda aplicaciones especializadas infrarrojos u otros. Sílice y fluoruro de gafas por lo general tienen índices de refracción de aproximadamente 1,5, pero algunos materiales tales como los calcogenuros pueden tener índices tan altos como 3. Típicamente, la diferencia de índice entre el núcleo y el revestimiento es de menos de uno por ciento.
Las fibras de plástico (POF) ópticos son fibras multimodo comúnmente paso de índice con un diámetro de núcleo de 0,5 milímetros o más grandes. POF tienen típicamente coeficientes de atenuación más altas que las fibras de vidrio, 1 dB / m o superior, y esta alta atenuación limita la gama de sistemas basados en POF.
Sílice
Silica exposiciones bastante buena transmisión óptica a través de una amplia gama de longitudes de onda. En el infrarrojo cercano (IR cercano) porción del espectro, en particular alrededor de 1,5 micras, sílice puede tener muy baja absorción y dispersión de las pérdidas del orden de 0,2 dB / km. Tales pérdidas notablemente bajos sólo son posibles porque el silicio ultra-pura está disponible, siendo esencial para la fabricación de circuitos integrados y transistores discretos. Una alta transparencia en la región de 1,4 micras se logra manteniendo una baja concentración de grupos hidroxilo (OH). Alternativamente, un alto OH concentración es mejor para la transmisión en el ultravioleta (UV) región.
La sílice puede ser dibujado en fibras en razonablemente altas temperaturas, y tiene un bastante amplio rango de transformación de vidrio. Otra ventaja es que el empalme de fusión y escisión de fibras de sílice es relativamente eficaz. Fibra de sílice también tiene alta resistencia mecánica contra tanto de tracción y de flexión incluso, a condición de que la fibra no es demasiado gruesa y que las superficies han sido bien preparado durante el procesamiento. Incluso escisión sencilla (rotura) de los extremos de la fibra puede proporcionar superficies bien planas con calidad óptica aceptable. La sílice también es relativamente inerte químicamente. En particular, no es higroscópico (no absorbe el agua).
Vidrio de sílice puede ser dopado con diversos materiales. Uno de los propósitos de dopaje es elevar el índice de refracción (por ejemplo, con dióxido de germanio (GeO 2 ) o de óxido de aluminio (Al 2 O 3 )) o para bajarla (por ejemplo con flúor o trióxido de boro (B 2 O 3 )). Dopaje también es posible con iones láser-activos (por ejemplo, fibras dopada con tierras raras) a 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 son típicamente dopados, de modo que todo el conjunto (núcleo y el revestimiento) es efectivamente el mismo compuesto (por ejemplo, un aluminosilicato, germanosilicate, fosfosilicato o vidrio de borosilicato).
Particularmente para fibras activas, sílice pura por lo general no es un vidrio anfitrión muy adecuado, ya que presenta una baja solubilidad de los iones de tierras raras. Esto puede llevar a efectos debidos a la agrupación de los iones dopantes temple. Los aluminosilicatos son mucho más eficaces a este respecto.
Fibra de sílice también exhibe un alto umbral de daño óptico. Esta propiedad asegura una baja tendencia de la degradación inducida por láser. Esto es importante para los amplificadores de fibra cuando se utilizan para la amplificación de pulsos cortos.
Debido a estas propiedades fibras de sílice son el material de elección en muchas aplicaciones ópticas, tales como las comunicaciones (excepto para distancias muy cortas con fibra óptica de plástico), láseres de fibra, amplificadores de fibra, y sensores de fibra óptica. Grandes esfuerzos poner adelante en el desarrollo de diversos tipos de fibras de sílice han aumentado aún más el rendimiento de tales fibras sobre otros materiales.
Los fluoruros
Vidrio fluoruro es una clase de no-óxido de los vidrios de calidad óptica compuestos de fluoruros de diversos metales . Debido a su baja viscosidad, es muy difícil de evitar por completo la cristalización durante el procesamiento a través de la transición vítrea (o estirado de la fibra de la masa fundida). Así, aunque las gafas de fluoruro de metal pesados (HMFG) exhibición atenuación óptica muy bajo, que no sólo son difíciles de fabricar, pero son muy frágiles, y tienen una escasa resistencia a la humedad y otros ataques medioambientales. Su mejor atributo es que carecen de la banda de absorción asociada con el grupo hidroxilo (OH) (3.200-3600 cm -1 ), que está presente en casi todos los vidrios a base de óxido.
Un ejemplo de un vidrio de fluoruro de metal pesado es el grupo de cristal ZBLAN, compuesto de zirconio , bario , lantano , aluminio y sodio fluoruros. Su aplicación principal es tecnológico como guías de onda ópticas, tanto en forma plana y fibra. Ellos son ventajosas sobre todo en el (2000-5000 nm) Rango de infrarrojo medio.
HMFGs fueron programadas inicialmente para aplicaciones de fibra óptica, porque las pérdidas intrínsecas de una fibra a mediados de IR podrían, en principio, ser inferiores a los de fibras de sílice, que son transparentes solamente hasta aproximadamente 2 micras. Sin embargo, este tipo de bajas pérdidas no se realizaron en la práctica, y la fragilidad y el alto costo de las fibras de fluoruro les hizo menos que ideal como candidatos principales. Más tarde, se descubrió la utilidad de las fibras de fluoruro para diversas otras aplicaciones. Estos incluyen mediados espectroscopia IR, sensores de fibra óptica, termometría y de imágenes. Además, las fibras de fluoruro pueden ser utilizados para la transmisión de ondas de luz guiada en medios tales como YAG ( itria alúmina granate) láseres en el 2,9 m, como se requiere para aplicaciones médicas (por ejemplo, oftalmología y odontología).
Fosfatos
Vidrio de fosfato constituye una clase de vidrios ópticos compuestos por metafosfatos de varios metales. En lugar del SiO 4 tetraedros observado en vidrios de silicato, la piedra angular de este vidrio antiguo es pentóxido de fósforo (P 2 O 5 ), que cristaliza en al menos cuatro formas diferentes. El más familiar polimorfo (ver figura) comprende moléculas de P 4 O 10 .
Vidrios de fosfato pueden ser ventajoso sobre los vidrios de sílice de fibras ópticas con una alta concentración de dopaje iones de tierras raras. Una mezcla de vidrio y cristal de fluoruro fosfato es el vidrio fluorurofosfatado.
Calcogenuros
La calcógenos-los elementos de grupo 16 de la tabla periódica -particularmente de azufre (S), selenio (Se) y telurio (Te) -react con más elementos electropositivos, tales como plata , para formar calcogenuros. Estos son compuestos extremadamente versátiles, en que pueden ser cristalino o amorfo, metálico o semiconductor, y conductores de iones o electrones . Fibras calcogenuros son útiles para la transmisión del infrarrojo lejano, pero son difíciles de producir.
Proceso
Fibras ópticas estándar se hacen por primera construcción de un gran diámetro " preforma ", con un perfil de índice de refracción cuidadosamente controlada, y luego" tirando "la preforma para formar la fibra óptica larga y delgada. La preforma es comúnmente hecha por tres métodos de deposición química de vapor: en el interior de deposición de vapor , deposición de vapor fuera , y la deposición de vapor axial .
Con la deposición de vapor en el interior , la preforma comienza como un tubo de vidrio hueco de aproximadamente 40 centímetros (16 pulgadas) de largo, que se coloca horizontalmente y se hace girar lentamente en un Torno. Gases tales como tetracloruro de silicio (SiCl 4 ) o tetracloruro de germanio (GECL 4 ) se inyectan con oxígeno en el extremo del tubo. Los gases se calientan por medio de un quemador de hidrógeno externo, con lo que la temperatura del gas hasta 1900 K (1600 ° C, 3000 ° F), donde los tetracloruros reaccionan con el oxígeno para producir sílice o germania partículas (dióxido de germanio). Cuando se eligen las condiciones de reacción para permitir que esta reacción se produzca en la fase de gas en todo el volumen del tubo, en contraste con las técnicas anteriores, donde tuvo lugar la reacción sólo en la superficie del vidrio, esta técnica se llama deposición de vapor químico modificado (MCVD) .
Las partículas de óxido continuación se aglomeran para formar grandes cadenas de partículas, que posteriormente se depositan en las paredes del tubo como el hollín. La deposición es debido a la gran diferencia de temperatura entre el núcleo de gas y la pared haciendo que el gas para empujar las partículas hacia el exterior (esto se conoce como termoforesis). La antorcha es entonces atravesada arriba y hacia abajo de la longitud del tubo para depositar el material de manera uniforme. Después de la antorcha ha alcanzado el extremo del tubo, que se lleva entonces de nuevo al principio del tubo y las partículas depositadas se funde para formar una capa sólida. Este proceso se repite hasta que se ha depositado una cantidad suficiente de material. Para cada capa de la composición se puede modificar mediante la variación de la composición del gas, resultando en un control preciso de las propiedades ópticas de la fibra acabada.
En la deposición de vapor o deposición axial fuera de vapor, el vidrio está formado por hidrólisis a la llama , una reacción en la que el tetracloruro de silicio y tetracloruro de germanio se oxidan por reacción con agua (H 2 O) en una llama de gas detonante. En la deposición de vapor fuera del vidrio se deposita sobre una varilla sólida, que se retira antes del procesamiento adicional. En la deposición axial de vapor, un corto vástago de la semilla se utiliza, y una preforma porosa, cuya longitud no está limitado por el tamaño de la varilla de fuente, se construye en su extremo. La preforma porosa se consolida en una preforma transparente sólido por calentamiento a aproximadamente 1800 K (1500 ° C, 2800 ° F).
La preforma, sin embargo construido, se coloca entonces en un dispositivo conocido como una torre de dibujo, donde la punta preforma se calienta y la fibra óptica se saca como una cadena. Mediante la medición de la anchura de la fibra resultante, la tensión sobre la fibra se puede controlar para mantener el espesor de la fibra.
Revestimientos
La luz es "guiado" por el núcleo de la fibra por un "revestimiento" óptico con un índice de refracción menor que atrapa la luz en el núcleo a través de "reflexión interna total."
El revestimiento está recubierto por un "buffer" que lo protege de la humedad y el daño físico. El buffer es lo que se despojó de la fibra para la terminación o empalme. Estos recubrimientos son materiales compuestos de acrilato de uretano de curado UV aplicadas al exterior de la fibra durante el proceso de dibujo. Los recubrimientos protegen las muy delicadas hebras de fibra de vidrio sobre el tamaño de un cabello humano, y le permiten sobrevivir a los rigores de la fabricación, pruebas prueba, el cableado y la instalación.
Procesos de estiramiento de fibras ópticas de vidrio de hoy en día emplean un enfoque de recubrimiento de doble capa. Un revestimiento primario interno está diseñado para actuar como un amortiguador para minimizar la atenuación causada por microflexión. Un recubrimiento secundario exterior protege el recubrimiento primario contra daños mecánicos y actúa como una barrera a fuerzas laterales. A veces se añade una capa de armadura metálica para proporcionar una protección adicional.
Estas capas de revestimiento de fibra óptica se aplican durante el sorteo de la fibra, a velocidades cercanas a los 100 kilómetros por hora (60 mph). Revestimientos de fibra óptica se aplican usando uno de dos métodos: húmedo sobre seco y húmedo sobre húmedo . En húmedo sobre seco, la fibra pasa a través de una aplicación de recubrimiento primario, que es entonces curado UV-luego a través de la aplicación del revestimiento secundario, que se cura posteriormente. En húmedo sobre húmedo, la fibra pasa a través tanto de las aplicaciones de recubrimiento primario y secundario, entonces va a curado UV.
Recubrimientos de fibra óptica se aplican en capas concéntricas para evitar daños a la fibra durante la aplicación de dibujo y para maximizar la fuerza de la fibra y la resistencia microcurvatura. De forma desigual fibra recubierta experimentará fuerzas no uniformes cuando el recubrimiento se expande o contrae, y es susceptible a una mayor atenuación de la señal. Bajo procesos de embutición y de recubrimiento adecuados, los revestimientos son concéntricos alrededor de la fibra, continua a lo largo de la longitud de la aplicación y tener un espesor constante.
Revestimientos de fibra óptica protegen las fibras de vidrio de arañazos que podrían conducir a la degradación fuerza. La combinación de la humedad y los arañazos acelera el envejecimiento y deterioro de la resistencia de la fibra. Cuando la fibra se somete a tensiones bajas durante un largo período, puede producirse la fatiga de la fibra. Con el tiempo, o en condiciones extremas, estos factores se combinan para causar defectos microscópicos en la fibra de vidrio para propagarse, lo que en última instancia, puede resultar en el fracaso de la fibra.
Tres características clave de guías de onda de fibra óptica pueden verse afectados por las condiciones ambientales: la fuerza, la atenuación y la resistencia a las pérdidas causadas por microflexión. Revestimientos de fibra óptica externos protegen la fibra óptica de vidrio de las condiciones ambientales que pueden afectar el rendimiento y la durabilidad a largo plazo de la fibra. En el interior, recubrimientos de garantizar la fiabilidad de la señal que se lleva y ayudar a minimizar la atenuación debido a la microflexión.
Cuestiones prácticas
Cables de fibra óptica
En las fibras prácticos, el revestimiento está generalmente recubierto con una dura resina tampón de capa, que puede estar rodeado además por una chaqueta de capa, generalmente de vidrio. Estas capas añaden fuerza a la fibra, pero no contribuyen a sus propiedades de guía de ondas ópticas. Conjuntos de fibras rígidas veces ponen ("oscuro") de vidrio que absorbe la luz entre las fibras, para evitar que la luz que se filtra fuera de una fibra de entrar en otro. Esto reduce la diafonía entre las fibras, o reduce la llamarada en aplicaciones de imagen haz de fibras.
Cables modernos vienen en una amplia variedad de revestimientos y armaduras, diseñados para aplicaciones tales como entierro directo en zanjas, alto aislamiento de tensión, de doble uso como líneas eléctricas, la instalación en conducto, azotando a los postes de teléfono aéreas, instalación submarina, y la inserción en calles pavimentadas . El costo de pequeños cables polos montados en fibra de recuento ha disminuido en gran medida debido a la alta demanda de fibra hasta el hogar (FTTH) instalaciones en Japón y Corea del Sur.
El cable de fibra puede ser muy flexible, pero aumenta la pérdida de fibra tradicional 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 alrededor de las esquinas o enrolla alrededor de un carrete, haciendo instalaciones FTTX más complicado. "fibras Bendable", dirigidos a facilitar la instalación en entornos domésticos, se han estandarizado como ITU-T G.657. Este tipo de fibra se puede doblar con un radio tan bajo como 7,5 mm, sin efectos adversos. Incluso fibras más flexibles se han desarrollado. Bendable fibra también puede ser resistente a la piratería de fibra, en el que la señal en una fibra se controla subrepticiamente por flexión de la fibra y la detección de la fuga.
Otra característica importante del cable es la capacidad del cable para soportar horizontalmente fuerza aplicada. Es técnicamente se llama resistencia a la tracción max definir cuánta fuerza puede aplicarse al cable durante el período de instalación.
Algunas versiones de cable de fibra óptica están reforzados con hilos de aramida o hilos de vidrio como elemento de refuerzo intermediario. En términos comerciales, el uso de los hilos de vidrio son más rentable, mientras que no hay pérdida en la durabilidad mecánica del cable. Hilos de vidrio también protegen el núcleo del cable contra los roedores y termitas.
Terminación y empalme
Las fibras ópticas están conectadas a los equipos terminales por conectores de fibra óptica. Estos conectores son por lo general de un tipo estándar, tales como FC , SC , ST , LC , MTRJ , o SMA, que se designa para una mayor transmisión de potencia.
Las fibras ópticas pueden estar conectados entre sí mediante conectores o por corte y empalme , es decir, la unión de dos fibras entre sí para formar una guía de ondas óptica continua. El método de empalme generalmente aceptada es el empalme de fusión de arco, que se funde la fibra termina junto con un arco eléctrico. Para los trabajos de fijación más rápidos, se utiliza un "empalme mecánico".
Empalme de fusión se realiza con un instrumento especializado que normalmente funciona como sigue: Los dos extremos del cable se sujetan dentro de una caja de empalme que protegerá los empalmes, y los extremos de las fibras son despojados de su recubrimiento de polímero protector (así como la cubierta exterior más robusto , si está presente). Los extremos se escinden (corte) con una cuchilla de precisión para que sean perpendiculares, y se colocan en soportes especiales en el empalmador. El empalme se inspeccionó por lo general a través de una pantalla de visualización magnificada para comprobar las escinde antes y después del empalme. El empalmador utiliza motores pequeños para alinear las caras de extremo juntos, y emite una pequeña chispa entre los electrodos en la brecha para quemar polvo y la humedad. A continuación, el empalmador genera una chispa más grande que eleva la temperatura por encima de la del punto de fusión del vidrio, la fusión de los extremos juntos permanentemente. La ubicación y la energía de la chispa se controla cuidadosamente para que el núcleo fundido y el revestimiento no se mezclan, y esto minimiza la pérdida óptica. Una estimación de la pérdida de empalme se mide por el empalmador, por dirigir la luz a través del revestimiento en un lado y la medición de la fuga de luz desde el revestimiento en el otro lado. Una pérdida de empalme bajo 0.1 dB es típico. La complejidad de este proceso hace de empalme de fibras mucho más difícil que el alambre de cobre de empalme.
Empalmes de fibra mecánicos están diseñados para ser más rápido y más fácil de instalar, pero todavía existe la necesidad de extracción, limpieza y cuidado de escisión de precisión. Los extremos de las fibras se alinean y se mantienen unidos por un manguito de precisión a medida, a menudo usando una clara gel índice de coincidencia que mejora la transmisión de luz a través de la articulación. Tales articulaciones típicamente tienen una mayor pérdida óptica y son menos robustos que los empalmes de fusión, especialmente si se utiliza el gel. Todas las técnicas de empalme implicar la instalación de un recinto que protege el empalme.
Las fibras se terminan en conectores que sostienen el extremo de la fibra con precisión y de forma segura. Un conector de fibra óptica es básicamente un cuerpo cilíndrico rígido rodeado por un manguito que sujeta el barril en su zócalo de acoplamiento. El mecanismo de acoplamiento puede ser de empuje y haga clic , gire y pestillo ( bayoneta ), o tornillo-in ( rosca ). Un conector típico se instala de la preparación del extremo de la fibra y de insertarlo en la parte posterior del cuerpo del conector. Adhesivo de colocación rápida se utiliza generalmente para mantener la fibra de forma segura, y un alivio de tensión está fijado a la parte trasera. Una vez que el adhesivo fragüe, el fin de la fibra es pulido a un acabado de espejo. Se utilizan varios perfiles de pulimento, dependiendo del tipo de fibra y la aplicación. Para fibra monomodo, extremos de las fibras son típicamente pulido con una ligera curvatura que hace que los conectores acoplados tocan solamente en sus núcleos. Esto se llama un contacto físico (PC) polish. La superficie curvada puede ser pulida en un ángulo, para hacer un contacto físico en ángulo (APC) de conexión. Estas conexiones tienen mayor pérdida de conexiones de PC, pero reducen considerablemente volver reflexión, porque la luz que refleja de las fugas de superficie en ángulo fuera del núcleo de la fibra. La pérdida de fuerza de la señal resultante se llama pérdida de vacío . Extremos de las fibras de APC tienen la reflexión de espalda baja, incluso cuando desconecta.
En la década de 1990, que terminan los cables de fibra óptica fue laborioso. El número de partes por conector, el pulido de las fibras, y la necesidad de horno-bake la epoxi en cada conector hecho terminación de cables de fibra óptica difícil. Hoy en día, muchos tipos de conectores se encuentran en el mercado que ofrecen menos formas más fáciles, mano de obra de terminación de cables. Algunos de los conectores más populares son pre-pulido en fábrica, e incluyen un gel en el interior del conector. Esos dos pasos ayudan a ahorrar dinero en la mano de obra, sobre todo en grandes proyectos. La Cleave se hace a una longitud requerida, de acercarse a la pieza pulida ya en el interior del conector. El gel rodea el punto de que las dos piezas se encuentran en el interior del conector para muy poca pérdida de luz.
Acoplamiento espacio libre
A menudo es necesario para alinear una fibra óptica con otra fibra óptica, o con un dispositivo optoelectrónico tal como un diodo emisor de luz, un diodo láser, o un modulador. Esto puede implicar o bien alineando cuidadosamente la fibra y colocándola en contacto con el dispositivo, o puede utilizar una lente para permitir el acoplamiento sobre un espacio de aire. En algunos casos, el extremo de la fibra se pule en una forma curvada que hace actuar como una lente. Algunas empresas incluso pueden dar forma a la fibra en las lentes por ellos de corte con láser.
En un entorno de laboratorio, un extremo de la fibra desnuda se acopla mediante un sistema de fibra de lanzamiento, que utiliza una lente de objetivo de microscopio para enfocar la luz hacia una punta fina. Una precisión etapa de traducción (tabla micro-posicionamiento) se utiliza para mover la lente, fibra, o un dispositivo para permitir que la eficacia de acoplamiento a ser optimizado. Las fibras con un conector en el extremo hacen que este proceso mucho más simple: el conector se enchufa en un colimador de fibra óptica pre-alineados, que contiene una lente que está bien posicionada con precisión con respecto a la fibra, o es ajustable. Para lograr la mejor eficiencia de la inyección en la fibra de modo único, la dirección, la posición, el tamaño y la divergencia del haz de todo deben ser optimizados. Con buenas vigas, 70 a 90% de eficiencia de acoplamiento se puede lograr.
Con fibras monomodo adecuadamente pulido, el haz emitido tiene una gaussiana casi de forma perfecta, incluso en el extremo-si el campo se utiliza una buena lente. La lente tiene que ser suficiente para mantener a la apertura numérica completa de la fibra grande, y no debe introducir aberraciones en el haz. Las lentes asféricas se utilizan normalmente.
Fusible de fibra
A intensidades ópticas altas, por encima de 2 megavatios por centímetro cuadrado, cuando una fibra se somete a un choque o de otra manera se daña repente, un fusible de fibra puede ocurrir. La reflexión de los daños vaporiza la fibra inmediatamente antes del descanso, y este nuevo defecto sigue siendo reflexivo para que el daño se propaga de vuelta hacia el transmisor a 1-3 metros por segundo (4-11 kmh, 2-8 mph). La abierto sistema de control de la fibra, lo que garantiza la seguridad ocular con láser en el caso de una fibra rota, también se puede detener eficazmente la propagación de la fibra fusible. En situaciones, tales como cables submarinos, donde los niveles de alta potencia pueden ser utilizados sin la necesidad de control de fibra abierta, un "fusible de fibra" dispositivo de protección en el transmisor puede romper el circuito para mantener al mínimo el perjuicio.
Ejemplo
Conexiones de fibra pueden ser utilizados para diversos tipos de conexiones. Por ejemplo, la mayoría televisores de alta definición ofrecen una conexión óptica de audio digital. Esto permite la transmisión de audio a través de la luz, utilizando el protocolo TOSLink.
Transmisión de potencia
La fibra óptica se puede utilizar para transmitir potencia utilizando una célula fotovoltaica para convertir la luz en electricidad. Si bien este método de transmisión de potencia no es tan eficiente como los convencionales, es especialmente útil en situaciones en las que es deseable no tener un conductor metálico como en el caso de uso cerca de máquinas de resonancia magnética, que producen campos magnéticos fuertes.
Preform
Una preforma es un pedazo de vidrio utilizado para dibujar una fibra óptica. La preforma puede consistir de varias piezas de un vidrio con diferentes índices de refracción, para proporcionar el núcleo y revestimiento de la fibra. La forma de la preforma puede ser circular, aunque para algunas aplicaciones tales como fibras de doble revestido se prefiere otra forma. En láseres de fibra a base de fibra de doble revestimiento, una forma asimétrica mejora el factor de llenado de bombeo láser.
Debido a la tensión superficial, la forma se alisa durante el proceso de dibujo, y la forma de la fibra resultante no reproduce los bordes afilados de la preforma. Sin embargo, el pulido cuidadoso de la preforma es importante, los defectos de la preforma superficie afectan a las propiedades ópticas y mecánicas de la fibra resultante. En particular, la preforma para la prueba de fibra se muestra en la figura no se pulió bien, y las grietas se observan con el microscopio óptico confocal.
