La fibra monomodo - arturo lara morales

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7.6 La fibra monomodo
En base a los conceptos hasta ahora estudiados, es claro que una fibra monomodo es aquélla en la que la potencia de la señal se propaga en un solo modo, que es el modo dominante HE1 . Para lograr esto, es necesario que « n2, que el diámetro del núcleo sea muy angosto, y que la frecuencia normalizada V sea menor que 2.405 (véanse las figuras 7-5a y 7-11, la ecuación 7-50 y los ejercicios 7-2 y 7-3). Como una buena parte de la luz se propaga fuera del núcleo* (Fig. 7-13), el revestimiento debe ser relativamente grueso y de bajas pérdidas. El núcleo, por el contrario, debe tener un diámetro sumamente angosto, del orden de 10 pm**. Esto hace que la fabricación de la fibra sea más difícil y más cara que en el caso de otros tipos de fibra. Asimismo, los empalmes o uniones entre dos secciones de fibra imponen problemas de conexión para garantizar un alineamiento correcto y la entrega de la mayor parte de la potencia de una sección a otra. Pero a pesar de estos inconvenientes, al fin y al cabo controlables, la fibra monomodo es la favorita en muchas aplicaciones; en especial, porque es la que puede conducir las tasas de transmisión de datos más elevadas.
En la sección 7.10 se verá el fenómeno de dispersión intermodal (Fig. 7-22), que no ocurre en una fibra monomodo porque sólo hay un modo de propagación en ella. Sin embargo, existe otro tipo de dispersión en esta fibra, que es la responsable del ensanchamiento de los pulsos transmitidos. Este fenómeno, conocido como dispersión intramodal, o dispersión por velocidad de grupo, o simplemente dispersión de la fibra, se debe a que las fuentes ópticas (véase el capítulo 8) no son estrictamente monocromáticas y los pulsos están hechos por la superposición de componentes con frecuencias diferentes. Cada componente espectral viaja a una velocidad ligeramente distinta con relación a las demás componentes de dicha distribución cromática, y esto causa el ensanchamiento de los pulsos recuperados en el extremo receptor. Por obvias razones, este efecto*** ocurre igualmente en todos los demás tipos de fibra (véase la sección 7.10).
* Por ejemplo, cuando V es del orden de 1.4 o menos, más de la mitad de la potencia se propaga en el revestimiento.
♦♦La sección transversal (núcleo + revestimiento) de la fibra monomodo queda, al final de cuentas, con un diámetro similar al de una fibra multimodo porque, aun cuando el núcleo sea pequeño, el revestimiento debe ser muy grueso.
*♦* También se le llama dispersión cromática o dispersión del material.
426 Teoría de las fibras ópticas
Recuérdese que el índice de refracción del material cambia ligeramente en función de la frecuencia (Ejercicio 7-4), lo cual influye en la velocidad de propagación de cada componente. Por esta razón, es muy importante conocer la ley que rige la variación de la constante de fase P con la frecuencia, y de allí el porqué de elaborar las gráficas de la Fig. 7-10. Tal vez el lector habrá intuido ya que, a partir de las curvas de la Fig. 7-10, se puede trazar el diagrama de dispersión co-P para cada modo de propagación, similar a lo visto para las guías de ondas en el capítulo 4, pues finalmente ambas representaciones contienen la misma información.
Siguiendo la notación alterna vista en la sección anterior para los modos linealmente polarizados, la fibra monomodo trabaja exclusivamente con el modo LPor En realidad, hay que notar que este modo LP01 consiste de dos modos degenerados independientes con polarización ortogonal entre sí, y el hablar de propagación monomodo implica la transmisión de una de estas polarizaciones en particular. Así, por ejemplo, se puede tener polarización vertical (E ) y polarización horizontal (E ), y cualquiera de estas dos polarizaciones constituye al modo fundamental HEn. Si las técnicas de fabricación fuesen perfectas, y la fibra también, cada modo se propagaría sin que cambiase su polarización en absoluto. Sin embargo, en la realidad, las fibras tienen imperfecciones en la distribución del índice de refracción y ligerísimas variaciones geométricas a lo largo, que destruyen su simetría circular y hacen que cada uno de los dos modos se propague con una velocidad diferente al otro (ya no son degenerados). A la diferencia que hay entre los índices de refracción efectivos en cada polarización se le llama b ir refringencia* (B = nx~ny). Con esto concluiremos nuestros comentarios teóricos sobre la fibra monomodo, ya que el profundizar más en ella le corresponde a un curso especializado en fibras ópticas y queda fuera de los objetivos de nuestro texto sobre líneas de transmisión en general.
* Refringir es equivalente a refractar.