¿Qué es un cable de fibra óptica?
¿Qué dispositivo asombroso puede transmitir información a la velocidad de la luz, crear hermosas exhibiciones de luz de colores y también iluminar lugares inaccesibles como el interior de su cuerpo? Todas estas cosas y más se pueden lograr con cables de fibra óptica. Los cables de fibra óptica transmiten haces de luz sin permitir que la luz se escape hasta que llega al final del cable. ¿Cómo funciona este proceso? Para entenderlo, primero necesita saber algo sobre cómo se dobla la luz cuando pasa de un material a otro, un proceso llamado refracción .
Refracción y ley de Snell
Siempre que la luz pasa de un material a otro, cambia de velocidad y se dobla. Probablemente hayas notado esto antes cada vez que intentas mirar algo bajo el agua. Imagina que miras hacia un lago transparente y ves un pez bajo el agua. Si intenta agacharse y tocar el pez, probablemente lo perderá, incluso si el pez no se mueve en absoluto. Eso es porque el pez no está realmente donde parece que está. Debido a que la luz que se refleja en el cuerpo del pez se dobla a medida que viaja del agua al aire, sus ojos no pueden decir exactamente dónde está el pez.
La ley de Snell le permite calcular exactamente cuánto se doblará un rayo de luz cuando se mueva de un material a otro. Para usar la ley de Snell, necesita saber cuál es el índice de refracción ( n ) para cada material. El índice de refracción te dice cuánto cambia la velocidad de la luz en ese material y, por lo tanto, también cuánto se doblará. Los materiales con una n más alta siempre doblarán la luz más que los materiales con una n más baja .
La ley de Snell le dice cuánto se doblará un rayo de luz si conoce el ángulo inicial con el que la luz incide en la superficie y los índices de refracción de los dos materiales.
Si la luz se mueve de un material con un índice de refracción más alto a uno con un índice de refracción más bajo ( n 2 < n 1 ), el ángulo de refracción siempre será mayor que el ángulo de incidencia, lo que significa que la luz se desviará hacia el interfaz entre los dos materiales.
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Reflexión interna total
¿Qué sucede si la luz se dobla tanto que el ángulo se vuelve de 90 grados o incluso mayor? En ese caso, ninguna luz podrá viajar fuera del material en el que comenzó y, en cambio, se reflejará de regreso. Cuando esto sucede, se llama reflexión interna total . Puede reorganizar la ley de Snell para encontrar el ángulo mínimo en el que se producirá la reflexión interna total. A esto se le llama ángulo crítico .
¿Cuál sería el ángulo crítico si un rayo de luz viajara desde el vidrio ( n 1 = 1.5) al aire ( n 2 = 1)?
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Esto significa que si cualquier luz proveniente del interior del vidrio incide en la interfaz entre el vidrio y el aire en un ángulo superior a 41,8 grados, no se escapará ninguna luz. En cambio, todo rebotará en el vaso.
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¿Cómo funcionan los cables de fibra óptica?
Entonces, ¿cómo se aplica todo esto a los cables de fibra óptica? Los cables de fibra óptica funcionan debido al principio de reflexión interna total. Por lo general, están hechos de vidrio o plástico, materiales que tienen un índice de refracción más alto que el aire circundante. Por lo tanto, si las luces golpean los lados del cable en un ángulo mayor que el ángulo crítico, rebotarán de regreso al cable. Esto sucede muchas, muchas veces a lo largo del cable hasta que sale por el otro extremo. Debido a que la luz viaja tan rápido, esto parece suceder casi instantáneamente.
Resumen de la lección
Cuando la luz pasa de un material a otro, se ralentiza y se dobla. Este fenómeno se llama refracción , y cada material tiene un índice de refracción específico ( n ) que le dice exactamente cuánto se desviará la luz. La Ley de Snell le permite calcular el ángulo en el que emergerá la luz cuando pase de un material a otro, y también le dice que cuando la luz pase a un material con un índice de refracción mayor, se doblará hacia la interfaz entre los dos. materiales.
Si el rayo de luz incide en la interfaz en un ángulo lo suficientemente grande, entonces toda la luz se reflejará. Esto se llama reflexión interna total , y puede organizar la ley de Snell para calcular el ángulo crítico en el que ocurrirá la reflexión interna total.
Los cables de fibra óptica funcionan debido a la reflexión interna total. La luz se envía a un extremo de un cable de vidrio o plástico en un ángulo lo suficientemente grande como para que no pueda pasar del cable al aire circundante. En cambio, la luz se refleja una y otra vez debido a la reflexión interna total hasta que emerge en el otro extremo del cable. Los cables de fibra óptica se utilizan para transmitir datos e iluminar objetos y áreas que son difíciles de alcanzar.
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