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La dispersion Optica
La dispersin ptica. La dispersin es el fenmeno de separacin de las ondas de distintafrecuencia al atravesar un material. Todos los medios materiales son ms omenos dispersivos, y la dispersin afecta a todas las ondas.
Cuando la luz blanca, compuesta por ondas de todas lasfrecuencias dentro de la gama visible, pasa a travs de un bloquede vidrio, los diferentes colores son refractados o desviados endistinta medida. Si los lados del bloque no son paralelos, losdiferentes colores de la luz se propagan con ngulos distintos,produciendo un espectro
As como la luz del Sol genera a menudo espectros al atravesar un vidriotallado. Tambin las gotas suspendidas en el aire pueden dispersar la luzsolar, produciendo el arco iris.
La dispersin se debe a que la velocidad de una onda depende de sufrecuencia. Por ejemplo, las ondas luminosas de diferente longitud de ondatienen velocidades de propagacin distintas en el vidrio, por lo que sonrefractadas en diferente medida.
El resultado de la dispersin es un espectro, y su estudio es la base de la
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espectroscopa, una de las disciplinas que ms ha contribuido alconocimiento actual del universo.
Cuando un pulso de luz est viajando a lo largo de una fibra, la seal no slose atena sino tambin se desva o extiende en el tiempo. Esto es debido ala dispersin. Si se envan varios pulsos en una fibra a una velocidad alta, lospulsos se solaparn debido a la dispersin y el receptor ya no puededistinguir donde empieza el pulso y donde el otro acaba
La dispersin ptica ocurre debido a que la velocidad de la luz a travs dela fibra depende de su longitud de onda y del modo de propagacin. Lasdiferencias en la velocidad son pequeas, pero de manera similar a laatenuacin, esta se acumula con la longitud.
Los cuatro tipos de dispersin surgen de la transmisin multimodo (Modal),la dependencia del indice de refraccin y la longitud de onda (Material), lasvariacin de las propiedades de la guia de onda con la longitud de onda(Guia de onda), y la transmisisn de dos modos diferentes de polarizacinde la luz a travs de una fibra monomodo (Polarizacin).
Dispersin modal
La dispersin modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferenciaen los tiempos de propagacin de los rayos de luz que toman diferentestrayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersin modal puede ocurrirslo en las fibras multimodo. Se puede reducir considerablemente usandofibras de ndice gradual y casi se elimina totalmente usando fibras de ndicede escaln de modo sencillo.
La dispersin modal puede causar que un pulso de energa de luz sedisperse conforme se propaga por una fibra. Si el pulso que estesparcindose es lo suficientemente severo, un pulso puede caer arriba delprximo pulso (este es un ejemplo de la interferencia de intersmbolo). Enuna fibra de ndice de escaln multimodo, un rayo de luz que se propagapor el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar alo largo de la fibra. Un rayo de luz que choca a la interface dencleo/cubierta en el ngulo crtico sufrir el nmero ms alto de
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reflexiones internas y, en consecuencia, tomar la mayor cantidad de tiempopara viajar a lo largo de la fibra.
Dispersin material
Tanto los transmisores que trabajan con lseres o LEDs producen unrango de longitudes de onda (una banda de luz), en lugar de una solalongitud de onda. La fibra tiene diferentes indices refractivos paradiferentes longitudes de onda de aqui que cada longitud de onda viaje afiferente velocidad. Esto da como resultado que que algunas longitudes deondas lleguen antes que otros
Dispersin Guia de Onda
Este tipo de dispersin es un efecto complejo, y es causado por la forma elperfil del ndice de refracin del ncleo de la fibra. Sin embargo, esto puedeser controlado a travs de un diseo cuidadoso, y en realidad, la dispersinde guia de onda puede ser usado para cotrarrestar la dispersin delmaterial.
La forma o perfil de la fibra tienen un efecto siognificativo sobre la velocidadde grupo. Esto ese debido a que los campoos elctrico y magnticos qeuforman parte de un pulso de luz se extiende fuera del ncleo. Esta cantidadque los campos comparten entre el cladding y el ncleo tien una fuertedependencia de la longitud de onda. A mayor longitud de onda mayor es lacantidad de la onda electromagntica se extiende sobre el cladding.
El Indice de Refraccin que experimenta la longitud de onda es unpromedio proporcional del IR del Nucleo y el cladding, dependiendo de laproporcin que viaja en cada una de las partes. Desde que una mayorproporcin de las ondas de longitudes cortas estan confinadas en el nucleo,las longitudes de ondas cortas ven un mayor IR que las longitudes de ondaslasrgas (porque los IR de nucleo es mayor que el cladding). De aqui que laslongitudes de ondas cortas tiendan a viajar mas lentos que la ondas largas.Asi la seal llega a dispersarse (porque cada seal esta formada de unrango de longitudes de onda)
Dispersin por el Modo de Polarizacin
Otro tipo de Dispersin es del modo de Polarizacin PMD : la polarizacin esla propiedad de la luz relacionada con la direccin de sus vibraciones, elviaje de la luz en una fibra tpica vibra en dos modos de polarizacinperpendiculares . El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con unmodo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rpido. Ladiferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersin porpolarizacin (PMD), es tpicamente medida en picosegundos. Sino escontrolado, la PMD puede producir errores tasa de errores excesivos en latransmisin de los sistemas digitales y pueden distorsionar las seales
De manera similar a al atenuacin la dispersin puede limitar la distancia ala que una seal puede llegar a travs de una fibra ptica. La dispersin nodebilita la seal, se vuelve borrosa. Si se envia una seal cada nonosegundoy si el pulso se dispersa a 10 ns al final de la fibra, las seales se solaparan.La seal esatr presente, pero es tan ruidosa en el tiempo que no serposible recuperarla.
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De una manera simple, la dispersin mide el ensanchamiento del pulso porunidad de distancia en nanosegundo o picosegundo por kilometro. Elensanchamiento total del pulso = dispersin /ns/km)x distancia (km)
La dispersin modal es de importancia en las fibra de indice escaln, en lacual los modos pueden viajar a travs de la fibra a diferentesvelocidades.Las fibra de indice gradual nominalmente ecualizan lasvelocidades de todos los modos transmitidos por la fibra,Pero las cosas sofuniconan tan perfectamente en el mundo real. Es funcionalmenteimposible obtener un pefil de ndice de refraccin que logre que todos losmodos viajen a la misma velocidad, esto a que el perfil depende de lalongitud de onda, y la fibra puede transportar seales de diferenteslongitudes de onda. En la practica se depende de las especificaciones defabricacin para obtener la dispersin total de la fibra de ndice gradual, sinembargo estos se especifica en funcin de unidad de ancho de banda.
Tanto la dispersin del material como de guia de onda dependen del rangode longitudes de onda en la seal. Se miden apropiadamente en unides depicosegundos por kilometro(de loongitud de fibra) por nanometro (deancho espectral de la fuente de luz). LA dispersin de guia de onda y mateialtipicamente se suman para obtener la Dispersin Cromtica :
Dispersin Cromtica = dispersin(ps/nm-Km) x distancia(km)xanchoespectral(nm)
Esto significa que la dispersin cromtica es una caracterstica de la fibrausada, la cantidad de dispersin cromtica tambien depende de la fuentede luz.
La dispersin modal ocurre porqu diferentes modos siguen diferentescaminos en una fibr amultimodo. EN las fibra multimodo, la dispersinmodal normalmente es mayor que la dispersin cromtica, pero se tieneque considerar las dos juntas. ( a disrsion por el modo de polarizacin estecnicamente han subcategoraia de la dispersin modal, pero es observablepor si mismo solo en las fibras monomodos). Ellos tiene efectosindependientes pero no acumulativos, para ser preciso, se necesitasumarlos cuadrticamente:
En la prctica, la dispersin por el modo de polarizacin es un asunto de lossistemas de alta velocidad, donde la dispersin cromtica se reduce por eluso de fuentes de bajo ancho espectraly cables de baja dispersin. Ladispersin de polarizacin depende del acople entre los modos depolarizacin asi como de la longitud total de la fibra por lo que se expresaen unidades de picosegundos/(raiz cuadrada de Km)
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