caracteristicas de las fibras opticas - publicaciones de Roberto Ares

4. ATENUACIÓN ESPECTRAL
CARACTERISTICAS DE LAS FIBRAS OPTICAS
La estructura básica de la red cristalina de la fibra óptica es el dióxido de silicio SiO 2 , cuya disposición espacial responde a
un tetraedro regular con el Oxigeno en los vértices y el Silicio en el centro. La elevada pureza del material contribuye a
formar un retículo cristalino que se aleja un tanto de la definición del vidrio (producto inorgánico de fusión que se ha
enfriado sin cristalizar).
Así como el ancho de banda se define como el valor de frecuencia de la modulación para la cual se tiene una atenuación de 3
dB respecto de la frecuencia cero, se define la atenuación de la fibra óptica como el valor de atenuación para una frecuencia
modulante nula. La atenuación de la fibra óptica difiere de la producida por un par conductor. Mientras en el par la
atenuación se incrementa con la función √f (f es la frecuencia de la señal transmitida) en la fibra óptica la atenuación
permanece constante hasta una frecuencia de corte (ancho de banda).
Existen diversos mecanismos que contribuyen a la atenuación de las fibras ópticas, entre ellos tenemos: las reflexiones, las
dispersiones y las absorciones.
REFLEXIÓN DE FRESNEL. Se produce en los extremos de las fibras ópticas debido al salto de índice de refracción entre
el exterior y el núcleo. El valor se escribe como:
Rf % = [(n1-n0)/(n1+n0)] 2 . 100
con n1 el índice del núcleo y n0 el del medio exterior. Con n0=1 y n1=1,48 se tiene un valor de Rf= 3,7%, es decir que la
potencia reflejada está 14 dB por debajo de la potencia incidente. La expresión anterior es válida cuando el corte del extremo
de la fibra óptica es perfectamente perpendicular. De lo contrario, la reflexión disminuye casi a 0% cuando el ángulo llega a
6°. Para disminuir esta reflexión se suele colocar un medio adaptador de índice de refracción. Muchas veces se usan
materiales epoxi de idénticas características para unir sólidamente los elementos.
4.1- DISPERSIÓN DE RAYLEIGH
El esparcimiento o dispersión de Rayleigh se debe a fluctuaciones de concentración y densidad, burbujas en el material,
inhomogeneidades y fisuras o imperfecciones de la guía de ondas por irregularidades interfaciales del núcleo y
revestimiento.
En este caso se produce una dispersión de la onda electromagnética (como en el caso de las ondas de agua chocando con un
obstáculo) que se traduce en una atenuación de la onda incidente. El valor de la atenuación responde a la ley:
Ar = K/λ 4
El valor de K depende de la diferencia relativa del índice de
refracción. El valor de Ar en dB/Km se indica en la Tabla
anexa. Estos valores se pueden extraer de la Fig 03 y son los
límites teóricos de atenuación ya que las absorciones son
despreciables debajo de 1,55 µm.
Desde principios de la década de los años 80' se han logrado alcanzar estos límites teóricos con fibras ópticas de laboratorio
de muy alta calidad y desde 1985 las fibras ópticas comerciales están muy cerca de dichos valores. No deben esperarse
mejoras de atenuación en el futuro con FO de SiO 2 . Existen otras dispersiones cuyo valor resulta ser muy inferior a la de
Rayleigh, como ser los esparcimientos de Mie, Raman y Brillouin.
4.2- ABSORCIÓN DEL MATERIAL
En lo que respecta a las absorciones el SiO 2 produce una absorción natural con un mínimo en 1,55 µm. Se diferencian por
ello dos zonas: una hacia el infrarrojo IR y otra ultravioleta UV. Las respectivas atenuaciones se pueden escribir como:
-Infrarrojo Air = 7,8.10 11 .exp(-48,5/λ)
-Ultravioleta Auv = [(154.x)/(44,6.x+60)].10 -2 .exp(4,63/λ)
La concentración de GeO 2 (componente que se coloca para variar en índice de refracción) se expresa como x.
También se detectan absorciones de los radicales oxidrilo OH (producto del proceso de fabricación), que se muestra en la Fig
04 en unidades de concentración en ppm (partes por millón). Por razones históricas (hasta 1980, cuando el efecto del OH se
reduce a valores despreciables) quedan determinadas las denominadas ventanas de baja atenuación en longitudes de onda de
0,85 µm; 1,3 µm; 1,55 µm. El pico de absorción en 1,39 µm corresponde a la segunda armónica de 2,76 µm debido al Si-OH,
mientras que el pico en 1,41 µm corresponde a la segunda armónica de 2,83 µm del Ge-OH.
1401-(10)
Δ% 0,2 0,5 1
K 0,86 1,02 1,27
λ=0,85µm 1,65 1,95 2,43
λ=1,30µm 0,3 0,36 0,44
λ=1,55µm 0,15 0,18 0,22