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Posted in Conceptos Básicos Fibra de Optica | 0 comments

La dispersion Optica

La dispersión óptica.

La dispersión óptica

La dispersión óptica

 La dispersión es el fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Todos los medios materiales son más o menos dispersivos, y la dispersión afecta a todas las ondas.

Cuando la luz blanca, compuesta por ondas de todas las frecuencias dentro de la gama visible, pasa a través de un bloque de vidrio, los diferentes colores son refractados o desviados en distinta medida. Si los lados del bloque no son paralelos, los diferentes colores de la luz se propagan con ángulos distintos, produciendo un espectro

Así como la luz del Sol genera a menudo espectros al atravesar un vidrio tallado. También las gotas suspendidas en el aire pueden dispersar la luz solar, produciendo el arco iris.

La dispersión se debe a que la velocidad de una onda depende de su frecuencia. Por ejemplo, las ondas luminosas de diferente longitud de onda tienen velocidades de propagación distintas en el vidrio, por lo que son refractadas en diferente medida.

El resultado de la dispersión es un espectro, y su estudio es la base de la espectroscopía, una de las disciplinas que más ha contribuido al conocimiento actual del universo.

Cuando un pulso de luz está viajando a lo largo de una fibra, la señal no sólo se atenúa sino también se desvía o extiende en el tiempo. Esto es debido a la dispersión. Si se envían varios pulsos en una fibra a una velocidad alta, los pulsos se solaparán debido a la dispersión y el receptor ya no puede distinguir donde empieza el pulso y donde el otro acaba

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La dispersion Optica

La dispersión óptica ocurre debido a que la velocidad de la luz a través de la fibra depende de su longitud de onda y del modo de propagación. Las diferencias en la velocidad son pequeñas, pero de manera similar a la atenuación, esta se acumula con la longitud.

Los cuatro tipos de dispersión surgen de la transmisión multimodo (Modal), la dependencia del indice de refracción y la longitud de onda (Material), las variación de las propiedades de la guia de onda con la longitud de onda (Guia de onda), y la transmisisón de dos modos diferentes de polarización de la luz a través de una fibra monomodo (Polarización).

Dispersión modal

La dispersión modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersión modal puede ocurrir sólo en las fibras  multimodo. Se puede reducir considerablemente usando fibras de índice gradual y casi se elimina totalmente usando fibras de índice de escalón de modo sencillo.

La dispersión modal puede causar que un pulso de energía de luz se disperse conforme se propaga por una fibra. Si el pulso que está esparciéndose es lo suficientemente severo, un pulso puede caer arriba del próximo pulso (este es un ejemplo de la interferencia de intersímbolo). En una fibra de índice de escalón multimodo, un rayo de luz que se propaga por el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra. Un rayo de luz que choca a la interface de núcleo/cubierta en el ángulo crítico sufrirá el número más alto de reflexiones internas y, en consecuencia, tomar la mayor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra.

Dispersión material

Tanto los transmisores que trabajan con láseres o LED´s producen un rango de longitudes de onda (una banda de luz), en lugar de una sola longitud de onda. La fibra tiene diferentes indices refractivos para diferentes longitudes de onda de aqui que cada longitud de onda viaje a fiferente velocidad. Esto da como resultado que que algunas longitudes de ondas lleguen antes que otros

Dispersión Guia de Onda

Este tipo de dispersión es un efecto complejo, y es causado por la forma el perfil del índice de refración del núcleo de la fibra. Sin embargo, esto puede ser controlado a través de un diseño cuidadoso, y en realidad, la dispersión de guia de onda puede ser usado para cotrarrestar la dispersión del material.

La forma o perfil de la fibra tienen un efecto siognificativo sobre la velocidad de grupo. Esto ese debido a que los campoos eléctrico y magnéticos qeu forman parte de un pulso de luz se extiende fuera del núcleo. Esta cantidad que los campos comparten entre el cladding y el núcleo tien una fuerte dependencia de la longitud de onda. A mayor longitud de onda mayor es la cantidad de la onda electromagnética se extiende sobre el cladding.

El Indice de Refracción que experimenta la longitud de onda es un promedio proporcional del IR del Nucleo y el cladding, dependiendo de la proporción que viaja en cada una de las partes. Desde que una mayor proporción de las ondas de longitudes cortas estan confinadas en el nucleo, las longitudes de ondas cortas ven un mayor IR que las longitudes de ondas lasrgas  (porque los IR de nucleo es mayor que el cladding). De aqui que las longitudes de ondas cortas tiendan a viajar mas lentos que la ondas largas. Asi la señal llega a dispersarse (porque cada señal esta formada de un rango de longitudes de onda)

Dispersión por el Modo de Polarización

Otro tipo de Dispersión es del modo de Polarización PMD : la polarización es la propiedad de la luz relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica vibra en dos modos de polarización perpendiculares . El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en picosegundos. Sino es controlado, la PMD puede producir errores tasa de errores excesivos en la transmisión de los sistemas digitales y pueden distorsionar las señales

De manera similar a al atenuación la dispersión puede limitar la distancia a la que una señal puede llegar a través de una fibra óptica. La dispersión no debilita la señal, se vuelve borrosa. Si se envia una señal cada nonosegundo y si el pulso se dispersa a 10 ns al final de la fibra, las señales se solaparan. La señal esatrá presente, pero es tan ruidosa en el tiempo que no será posible recuperarla.

De una manera simple, la dispersión mide el ensanchamiento del pulso por unidad de distancia en nanosegundo o picosegundo por kilometro. El ensanchamiento total del pulso = dispersión /ns/km)x distancia (km)

La dispersión modal es de importancia en las fibra de indice escalón, en la cual los modos pueden viajar a través de la fibra a diferentes velocidades.Las fibra de indice gradual nominalmente ecualizan las velocidades de todos los modos transmitidos por la fibra,Pero las cosas so funiconan tan perfectamente en el mundo real. Es funcionalmente imposible obtener un pefil de índice de refracción que logre que todos los modos viajen a la misma velocidad, esto a que el perfil depende de la longitud de onda, y la fibra puede transportar señales de diferentes longitudes de onda. En la practica se depende de las especificaciones de fabricación  para obtener la dispersión total de la fibra de índice gradual, sin embargo estos se especifica en función de unidad de ancho de banda.

Tanto la dispersión del material como de guia de onda dependen del rango de longitudes de onda en la señal. Se miden apropiadamente en unides de picosegundos por kilometro(de loongitud de fibra) por nanometro (de ancho espectral de la fuente de luz). LA dispersión de guia de onda y mateial tipicamente se suman para obtener la Dispersión Cromática :

Dispersión Cromática = dispersión(ps/nm-Km) x distancia(km)xancho espectral(nm)

Esto significa que la dispersión cromática es una característica de la fibra usada, la cantidad de dispersión cromática tambien depende de la fuente de luz.

La dispersión modal ocurre porqu diferentes modos siguen diferentes caminos en una fibr amultimodo. EN las fibra multimodo, la dispersión modal normalmente es mayor que la dispersión cromática, pero se tiene que considerar las dos juntas. ( a disérsion por el modo de polarización es tecnicamente han subcategoraia de la dispersión modal, pero es observable por si mismo solo en las fibras monomodos). Ellos tiene efectos independientes pero no acumulativos, para ser preciso, se necesita sumarlos cuadráticamente:la-dispersion-optica

 

En la práctica, la dispersión por el modo de polarización es un asunto de los sistemas de alta velocidad, donde la dispersión cromática se reduce por el uso de fuentes de bajo ancho espectraly cables de baja dispersión. La dispersión de polarización depende del acople entre los modos de polarización asi como de la longitud total de la fibra por lo que se expresa en unidades de picosegundos/(raiz cuadrada de Km)

 

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