Apertura numérica de fibra óptica

<p>Definición: La apertura numérica es la medida de la capacidad de una fibra óptica para recoger o confinar el rayo de luz incidente en su interior. Es una de las propiedades más básicas de la fibra óptica.

La apertura numérica se abrevia como N / A y muestra la eficiencia con la que la luz se recoge dentro de la fibra para propagarse.

Sabemos que la luz a través de una fibra óptica se propaga a través de reflexión interna total. O podemos decir que se realizan múltiples TIR dentro de la fibra óptica para que el rayo de luz se transmita de un extremo a otro a través de una fibra óptica.

Básicamente, cuando la luz se emite desde una fuente óptica, la fibra debe ser muy eficiente para recoger la máxima radiación emitida en su interior.

Por lo tanto, podemos decir que la eficiencia de captación de luz de una fibra óptica es la característica clave al transmitir una señal a través de una fibra óptica.

NA está relacionado con ángulo de aceptación. Como ángulo de aceptación es aquel ángulo máximo por el que entra la luz en la fibra. Por lo tanto, el ángulo de aceptación y la apertura numérica están relacionados entre sí.

Propagación a través de fibra óptica

Como ya hemos comentado, la luz a través de una fibra óptica se propaga mediante varias reflexiones internas totales continuas.

Como sabemos, una fibra óptica se compone de un núcleo que se compone de una forma muy pura de sílice de vidrio y está rodeado por un revestimiento de vidrio. Entonces, la luz se propaga dentro de la fibra al realizar reflexiones continuas desde el revestimiento.

Pero la condición de reflexión interna total para la propagación del rayo de luz entra en acción solo cuando la mayor parte de la luz se recoge dentro de la fibra. Entonces, ahora comprendamos la apertura numérica de la fibra óptica en detalle.

Derivación de Apertura Numérica de Fibra Óptica

Considere un rayo de luz XA, que incide dentro de la fibra óptica. El índice de refracción del núcleo es ƞ1 y el del revestimiento es ƞ2.

La siguiente figura muestra una fibra óptica dentro de la cual se enfoca un rayo de luz.

Entonces, el rayo XA se lanza desde un medio más denso hacia un medio más raro formando un ángulo α con el eje de la fibra. Este ángulo α se conoce como ángulo de aceptación de la fibra.

Este rayo incidente se propaga dentro de la fibra y se refleja completamente en la interfaz núcleo-revestimiento.

Pero para esto, el ángulo del incidente debe ser más en comparación con el ángulo crítico. De lo contrario, si el ángulo incidente es menor que el ángulo crítico, en lugar de reflejarse, el rayo se refracta.

Según la ley de Snell, el rayo incidente y el refractado se propagan en el mismo plano. Por lo tanto, al aplicar la ley de Snell en el medio 1 (generalmente aire) y la interfaz del núcleo. Luego

De la figura anterior, podemos escribir

Al poner el valor de θ de la ecuación anterior en la ecuación 1, obtenemos,

ya que sabemos

Aplicando la ley de Snell en la interfase núcleo-revestimiento, obtenemos

Sustituyendo el valor anterior en la ecuación 4

Sustituyendo el valor anterior en la ecuación 3, obtenemos

Como ya hemos comentado, el medio 1 es aire, por lo que el índice de refracción, es decir, ƞ será 1.

Así que más específicamente podemos decir

Esta es la expresión de la apertura numérica de una fibra óptica, que tiene ƞ1 como índice de refracción del núcleo y ƞ2 como índice de refracción del revestimiento.

Entonces podemos concluir que como la apertura numérica muestra la capacidad de recolección de luz de la fibra, su valor debe ser alto. Cuanto mayor sea el valor de NA, mejor será la fibra óptica.

Sin embargo, el mayor valor de NA se logrará solo cuando la diferencia entre los dos índices de refracción sea alta y, para esto, ƞ1 debe ser alto o ƞ2 debe ser bajo.

Pero no existe tal material que tenga un índice de refracción inferior a 1. Por lo tanto, existe la opción de que si eliminamos el revestimiento presente sobre el núcleo, se puede lograr una NA mayor.

Mientras que, para la propagación de la señal óptica, el único motivo no es tener un rango de aceptación alto sino también propagar la señal aceptada con una atenuación mínima.

Esto es así porque una fibra óptica que tiene la mayor eficiencia de captación de luz pero que no permite que la luz se propague correctamente a través de ella, no sirve para nada.

Por lo tanto, se deben tener en cuenta varios parámetros para seleccionar la fibra óptica adecuada para la propagación de la señal.

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