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Práctica: Apertura Numérica 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Johana Yaredt Arredondo Garay 
Codigo: 218340275 
Materia: Fibras ópticas 
Profesor: Dr. Héctor Santiago Hernandez 
 
 
Resumen 
 
En esta primera práctica se quiere medir la apertura numérica de una 
fibra óptica. El método propuesto para la medida de la apertura 
numérica es muy didáctico ya que permite ilustrar el estudio de este 
tipo de fibras mediante la óptica geométrica. Además con esta 
práctica se intentará familiarizarse con las fibras ópticas, 
concretamente aprenderá la preparación de la fibra para su uso en este 
laboratorio y el uso de parte del material básico que necesitará utilizar 
en estas prácticas. 
 
 
Introducción 
 
La estructura básica de una fibra óptica son dos cilindros 
concéntricos, ambos de un material cristalino con base en el silicio y 
de diferentes índices de refracción. Como se explica en la práctica 
anterior, al cilindro central se le llama núcleo y tiene índice de 
refracción n1 y el cilindro exterior es la cubierta con índice n2. 
 
Cuando se hace incidir luz en un extremo de la fibra, el haz luminoso 
pasa de un medio (aire, n0 =1) a otro (núcleo n1) con índices de 
refracción diferentes. Según la ley de Snell, la dirección de este haz 
luminoso va a cambiar. Una forma de mostrarlo gráficamente es 
utilizando teoría de rayos, en donde tomaremos un rayo como 
un línea en el espacio donde la dirección corresponde al flujo de la 
energía radiante, como se puede observar en la figura 3.1. 
 
 
 
 
 
 
 
El cambio de dirección de la luz esta por la siguiente ecuación: 
 
Existen rayos que saldrán de la fibra (rayo A), y otros se propagarán 
dentro de ella (rayo By C), esto depende del ángulo de incidencia 
y de los índices de refracción de los materiales de la cubierta y 
el núcleo. Al ángulo límite entre un caso y otro se le llama 
ángulo crítico. Los rayos que lleguen a la interfaz 
núcleo-cubierta con este ángulo (rayo C), se propagarán en el límite 
entre las dos superficies, de esta forma se produce la reflexión total 
interna. 
 
Una condición para que este fenómeno suceda es que el índice de 
refracción del medio incidente sea mayor que el del segundo medio; 
esto significa que en una fibra óptica el índice del núcleo siempre 
es mayor que el de la cubierta. Además aplicando la ley de 
Snell en ambas interfaces aire-núcleo y núcleo-cubierta se 
encuentra que el ángulo de aceptancia Ay el crítico se relacionan de 
la siguiente forma: 
 
El ángulo de aceptancia forma un cono llamado cono de 
aceptancia, que muestra claramente que todos los rayos dentro de 
este, serán confinados con éxito dentro de la fibra.La apertura 
numérica(NA) es un parámetro que cuantifica la habilidad de 
una fibra óptica para captar luz, por lo tanto esta relacionada 
 
directamente con el tamaño del cono de aceptancia. La expresión 
matemática de la apertura numérica se describe en la siguiente 
ecuación. 
 
El concepto de apertura numérica se usa para describir la potencia 
colectora de luz de la fibra y para calcular la eficiencia de acoplo 
fuente-fibra. Los valores típicos para la AN son de 0.1 para 
fibras monomodo y de 0.2 -0.3 para multimodo en aplicaciones 
de comunicaciones. Para aplicaciones específicas existen fibras 
con valores de 0.5. 
 
Algunas observaciones importantes sobre este parámetro son: 
 
1. Una AN alta capta más luz en la fibra, sin embargo se reduce el 
ancho de banda de la misma, entonces una AN baja incrementa 
el ancho de banda de la fibra. 
2. Una AN grande hace más fácil el acoplamiento fuente-fibra. 
3. Una AN grande permite una dispersión modal mayor 
permitiendo más modos en los que la luz puede viajar, y 
viceversa, una AN pequeña reduce la dispersión limitando el 
número de modos. 
 
Para medir la AN basta con encontrar el ángulo de aceptancia 
de la fibra. Para tal propósito se deja la fibra fija y se mueve la 
fuente luminosa (Fig. 3.2 (a)) o bien se deja fija la fuente y se mueve 
la fibra óptica (Fig. 3.2 (b)). 
 
 
La decisión del arreglo que se utilice queda en función del tamaño del 
haz luminoso de la fuente con respecto del tamaño de la fibra.Con 
cualquiera de los arreglos mostrados en la Fig. 3.2 podemos 
medir la cantidad de luz aceptada por la fibra como una función 
del ángulo incidente. Una gráfica típica de estos datos se presenta 
en la figura 3.3. 
 
Para calcular el ángulo de aceptancia a partir de esta gráfica se 
toman dos límites, determinados por el punto en donde la 
potencia aceptada a caído un 5% de su valor máximo. El rango de 
ángulos encontrado se divide a la mitad y con este dato podemos 
calcular la apertura numérica de forma experimental. 
 
Existe otro método para calcular la apertura numérica de la fibra. Este 
método es mucho más sencillo y rápido, pero no es exacto. Solo 
se utiliza cuando se necesita una aproximación de la A.N. de la 
fibra. Este consiste en medir el ancho del haz luminoso que emana 
del extremo de la fibra, y la distancia a la que es medido, 
como se puede observar en la figura 3.4. 
 
 
 
Desarrollo 
 
Material 
 
● Fuente de luz laser 
● Fibra con apertura de 0.4 (segun el provedor) 
● Objetivo de microscopio 
● Sujetadores de la fibra 
● Pantalla 
● Monturas 
● Mesa de trabajo/ Plantilla optica 
● Montura de desplazamiento 
 
 
Procedimiento 
 
 
 
Se mide la distancia y el radio: 
 
 
Resultados 
 
Tabla de resultados 
 
 
 
 
Bibliografía 
 
 
Martínez, J., de Miguel, S., Aldabaldetreku, G., Alonso, A., & Zubia, 
J. DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PARA LA MEDIDA 
DE LA APERTURA NUMÉRICA EN FIBRAS ÒPTICAS DE 
PLÁSTICO. 
 
 
FIBER OPTICS COMMUNICATION AND OTHER 
APPLICATIONS; Henry Zanger, Cynthia Zanger;USA; Macmillan 
Publishing Company,199 
 
Newport Corporation. “PROJECTS IN FIBER OPTICS 
Applications Handbook”. 1999.