Princípios Chave e Limites de Desempenho em Fibra Óptica Multimodo

A fibra óptica, como componentes críticos de guia de ondas ópticas, é cada vez mais utilizada em telecomunicações, espectroscopia, iluminação e aplicações de sensores. A compreensão de seus princípios operacionais e técnicas de otimização de desempenho é essencial para maximizar seu potencial em implementações práticas.

As fibras ópticas funcionam como guias de ondas empregando a reflexão interna total (RIT) para confinar e direcionar a luz dentro de estruturas sólidas ou líquidas. O tipo de fibra mais prevalente — fibra de índice de degrau — compreende um núcleo de índice de refração mais alto circundado por revestimento. Quando a luz atinge a interface núcleo-revestimento em um ângulo que excede o ângulo crítico, ocorre a RIT, prendendo a luz dentro do núcleo.

O ângulo de aceitação (θ^acc) dita o ângulo de incidência máximo para RIT e é calculado usando a Lei de Snell:

θ^acc= arcsin(√(n^core² - n^clad²) / n)

onde n^coree n^cladrepresentam os índices de refração do núcleo e do revestimento, respectivamente, e n denota o índice de refração do meio externo. Os fabricantes normalmente caracterizam a capacidade de coleta de luz por meio da abertura numérica (AN):

AN = √(n^core² - n^clad²)

Para fibras multimodo de índice de degrau de núcleo grande, esta fórmula fornece valores precisos de AN. A determinação experimental por meio da medição do perfil do feixe de campo distante (identificando o ângulo onde a intensidade cai para 5% do máximo) oferece verificação alternativa.

Cada caminho potencial de luz através de uma fibra constitui um modo guiado. A geometria da fibra e as propriedades do material determinam a contagem de modos, variando de monomodo a milhares de modos. A frequência normalizada (número V) estima os modos suportados:

V = (2πa/λ) × AN

onde a é o raio do núcleo e λ é o comprimento de onda no espaço livre. As fibras multimodo exibem valores V >>1 (por exemplo, V≈40,8 para fibra de 50µm/0,39NA a 1,5µm), suportando aproximadamente V²/2 modos. As fibras monomodo mantêm V<2.405 através de núcleos menores e AN menor.

• Interações intrínsecas de fônons em sílica fundida dominam além de 2000nm
• Contaminantes como íons OH⁻ criam picos de absorção em 1300nm e 2,94µm
• A engenharia de dopantes permite janelas de transmissão personalizadas

• A dispersão de Rayleigh (∝1/λ⁴) predomina em comprimentos de onda mais curtos
• Imperfeições da fabricação ou manuseio aumentam a dispersão extrínseca

• Diâmetro do feixe <70% do tamanho do núcleoPrefere modos de baixa ordem
• Sensibilidade reduzida à curvatura
• Maior densidade de potência do núcleo
• Lançamento Sobrepreenchido

• Excita todos os modos igualmente
• Maior vazão de potência inicial
• Atenuação rápida de alta ordem de modo com a distância
• Limites de Dano: Limitações de Interface e Intrínsecas

• Aquecimento localizado em curvas apertadasEscurecimento por foto:
• Atenuação induzida por UV/comprimento de onda curtoMelhores Práticas para Operação de Alta Potência

1. Verifique as emendas em baixa potência antes da operação de alta potência
2. Aumente gradualmente a potência enquanto monitora o desempenho
3. Selecione os tipos de fibra apropriados para aplicações específicas
4. Implemente técnicas adequadas de enrolamento e alívio de tensão