Cuán grande es el espacio que ocupa la luz en una fibra óptica?
En la fibra óptica monomodo, el espacio real ocupado por la luz (es decir, el espacio físico de la distribución de la energía del campo electromagnético) no se limita a las dimensiones geométricas del “núcleo (Core)”.
1. Concepto físico: La luz no solo se transmite en el núcleo
Según la teoría electromagnética clásica y las ecuaciones de Maxwell, la onda de luz que se transmite en una fibra óptica existe en forma de modo guiado. Para la fibra óptica monomodo, se transmite principalmente el modo fundamental ( \text{LP}_{01} ).
Aunque el índice de refracción del núcleo es mayor que el de la cubierta, cumpliendo la condición de reflexión total, el campo electromagnético no se atenúa instantáneamente a cero en la interfaz entre el núcleo y la cubierta. En la cubierta, el campo de luz existe en forma de onda lenta (Evanescent Wave, es decir, onda evanescente/campo de atenuación) que se atenúa exponencialmente y se adentra en la cubierta.
Por lo tanto, el espacio real ocupado por la luz en la fibra óptica es “núcleo + parte de la cubierta”.
2. ¿Qué es el “Diámetro del Campo Modal” (MFD)?
Para cuantificar con precisión el espacio físico real ocupado por la luz en la sección transversal de la fibra óptica, se introduce el indicador de ingeniería general Diámetro del Campo Modal (Mode Field Diameter, MFD).
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Definición de aproximación Gaussiana: En la fibra óptica monomodo, la distribución de la intensidad de la luz del modo fundamental se aproxima mucho a una distribución Gaussiana en la dirección radial. El diámetro del campo modal se define como el diámetro de la sección transversal donde la intensidad de la luz se reduce a 1/e^2 (aproximadamente 13.5\% ) de la intensidad máxima en el eje.
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Definición de Petermann II: Para distribuciones no estrictamente gaussianas (como en fibras de desplazamiento de dispersión), se utiliza la definición de Petermann II, cuya expresión matemática es:
\text{MFD} = 2 w_p = 2 \sqrt{ \frac{ 2 \int_0^{\infty} E^2(r) r \, dr }{ \int_0^{\infty} \left( \frac{dE(r)}{dr} \right)^2 r \, dr } }
Puede reflejar con mayor precisión la pérdida de conexión causada por la microcurvatura y el desalineamiento de la fibra.
3. ¿Qué tamaño tiene el espacio realmente ocupado por la luz?
Tomando como ejemplo la fibra óptica monomodo estándar más común \text{G.652D} :
- Diámetro geométrico del núcleo: Suele ser de aproximadamente 9\ \mu\text{m} .
- MFD a una longitud de onda de 1310\ \text{nm} : Aproximadamente 9.2 \pm 0.4\ \mu\text{m} .
- MFD a una longitud de onda de 1550\ \text{nm} : Debido a la mayor longitud de onda, el campo de luz penetra más profundamente en la cubierta, y su MFD aumenta a aproximadamente 10.4 \pm 0.5\ \mu\text{m} .
Esto indica que la luz que opera a una longitud de onda de 1550\ \text{nm} ocupa un espacio real mayor en la fibra óptica que a una longitud de onda de 1310\ \text{nm} .
Productos relacionados de OFSCN® (大成永盛)
Las diversas fibras ópticas y productos de red de fibra de OFSCN® (大成永盛) se basan estrictamente en diseños fundamentales de guías de onda como el estándar \text{G.652D} o \text{G.657} . Al investigar y desarrollar e integrar sistemas, la comprensión precisa del MFD es crucial para optimizar las pérdidas de empalme y controlar las pérdidas por curvatura.
A continuación se presentan algunos de los productos de fibra óptica de alta calidad de OFSCN®:
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OFSCN® G.652D Optical Fiber
Fabricada a partir de una barra de fibra estándar \text{G.652D} , su diámetro de núcleo es de 9\ \mu\text{m} y su diámetro de cubierta es de 125\ \mu\text{m} , con un diámetro de campo modal estándar a 1310\ \text{nm} .
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OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber
Fibra óptica monomodo de poliimida resistente a altas temperaturas de hasta 200^\circ\text{C} , también fabricada a partir de una barra de fibra estándar \text{G.652D} , que proporciona una distribución de campo modal e intensidad extremadamente estable en entornos hostiles de alta temperatura.
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OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber
Fibra óptica monomodo de diámetro pequeño y alta temperatura adecuada para espacios extremadamente compactos. Su diámetro de núcleo es de 9\ \mu\text{m} , su diámetro de cubierta se reduce a 80\ \mu\text{m} y su diámetro de recubrimiento es de solo 100\ \mu\text{m} . A pesar de su diminuta dimensión geométrica, mantiene una excelente calidad de transmisión monomodo y un diseño preciso del diámetro del campo modal.
