Revestimiento (fibra óptica)

El revestimiento de las fibras ópticas consiste en una o más capas de materiales con un índice de refracción menor , en contacto directo con un núcleo de material con un índice de refracción mayor.

El revestimiento hace que la luz se confine al núcleo de la fibra mediante reflexión interna total en el límite entre el núcleo y el revestimiento. ^{[ 1 ]} La propagación de la luz dentro del revestimiento suele estar suprimida en la mayoría de las fibras. Sin embargo, algunas fibras pueden soportar modos de revestimiento en los que la luz se propaga tanto a través del revestimiento como del núcleo. Según la cantidad de modos que soportan, se denominan fibras multimodo y fibras monomodo . ^{[ 2 ]} La mejora de la transmisión a través de las fibras mediante la aplicación de un revestimiento fue descubierta en 1953 por el científico neerlandés Bram van Heel . ^{[ 3 ]}

El hecho de que la transmisión a través de fibras pudiera mejorarse aplicando un revestimiento fue descubierto en 1953 por van Heel, quien lo utilizó para demostrar la transmisión de imágenes a través de un haz de fibras ópticas. ^{[ 4 ]} Los primeros materiales de revestimiento incluían aceites , ceras y polímeros . Lawrence E. Curtiss, de la Universidad de Michigan , desarrolló el primer revestimiento de vidrio en 1956, insertando una varilla de vidrio en un tubo de vidrio con un índice de refracción menor, fusionando ambos y estirando la estructura compuesta para formar una fibra óptica. ^{[ 4 ]}

Un modo de revestimiento es un modo confinado al revestimiento de una fibra óptica debido a que este tiene un índice de refracción mayor que el del medio circundante , que puede ser aire o la capa de polímero primaria. ^{[ 5 ]} Estos modos generalmente no son deseados. Las fibras modernas tienen una capa de polímero primaria con un índice de refracción ligeramente superior al del revestimiento, de modo que la luz que se propaga en este se atenúa rápidamente y desaparece tras recorrer solo unos centímetros . Una excepción a esto es la fibra de doble revestimiento , diseñada para soportar un modo en su revestimiento interno, así como otro en su núcleo. ^{[ 6 ]}

En la producción de fibras de vidrio, inevitablemente se presentan irregularidades superficiales (por ejemplo, poros y grietas) que dispersan la luz al incidir sobre ella y reducen la distancia total de propagación. La inclusión de un revestimiento de vidrio disminuye considerablemente la atenuación causada por estas irregularidades superficiales. Esto se debe a que la luz se dispersa menos en la interfaz vidrio/vidrio que en la interfaz vidrio/aire en una fibra sin revestimiento. ^{[ 2 ]} Los dos factores principales que permiten esto son la menor variación en el índice de refracción entre las dos superficies de vidrio, así como el hecho de que las irregularidades superficiales del revestimiento no interfieren con los haces de luz. La inclusión de un revestimiento de vidrio también representa una mejora con respecto a la simple aplicación de un recubrimiento de polímero, ya que el vidrio suele ser más resistente, homogéneo y limpio. Además, la inclusión de una capa de revestimiento permite el uso de núcleos de fibra de vidrio más pequeños. ^{[ 4 ]} La mayoría de las fibras de vidrio tienen un revestimiento que aumenta el diámetro exterior total a 125 micras . ^{[ 7 ]}

La apertura numérica de una fibra óptica multimodo es función de los índices de refracción del revestimiento y del núcleo:

${\displaystyle {\rm {{NA}={\sqrt {n_{\rm {core}}^{2}-n_{\rm {clad}}^{2}}}}}}$

La apertura numérica permite calcular el ángulo de aceptación de incidencia en la interfaz de la fibra. ^{[ 5 ]} Lo que dará el ángulo máximo en el que la luz incidente puede entrar en el núcleo y mantener la reflexión interna total:

${\displaystyle {\rm {{NA}=\sin(\theta _{A})}}}$

Al combinar ambas ecuaciones se puede observar en el diagrama anterior cómo${\displaystyle \theta _{A}}$es una función de${\displaystyle n_{1}}$y${\displaystyle n_{2}}$, dónde${\displaystyle n_{1}}$es el índice de refracción del núcleo y${\displaystyle n_{2}}$

${\displaystyle n_{2}}$es el índice de refracción del revestimiento. ^{[ 7 ]}

Debido a la mayor transmisión de luz que ofrecen, los núcleos y revestimientos de fibra óptica suelen estar hechos de vidrio de sílice altamente purificado. Se pueden añadir ciertas impurezas para conferirles diversas propiedades, como aumentar la distancia de transmisión o mejorar la flexibilidad de la fibra. ^{[ 8 ]} En los últimos años se ha trabajado intensamente para mejorar estas propiedades.

 Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de la norma MIL-STD-188 ).