¿Por qué en una curva se escapa la luz si la frontera sigue ahí?

En la fibra recta el rayo guiado cae en la frontera con un ángulo grande respecto de la normal. En la pared exterior de la curva ese mismo rayo llega más tendido. Si el nuevo ángulo de incidencia es menor que θ_c, no hay RTI: el rayo se refracta al revestimiento.

¿Todos los rayos de una fibra real se comportan así?

Aquí solo hay rayos meridionales en el plano del eje. También hay rayos oblicuos (helicoidales), y la descripción completa son los modos guiados. El esquema de rayos muestra bien el mecanismo de las pérdidas por macrocurvatura, pero no sustituye la teoría ondulatoria.

¿Para qué en la práctica se conoce el radio mínimo de curvatura?

El cable no se puede enrollar ni tender demasiado cerrado: crecen la atenuación y los errores. Las fibras «insensibles a la curvatura» aguantan un R menor gracias al perfil de n. En el montaje en gabinetes y en el cableado de viviendas es un límite de trabajo.

¿Cómo se relaciona el ángulo de aceptación con las pérdidas por curvatura?

Un rayo en el borde del cono de aceptación ya está al límite de la RTI en la fibra recta. En la curva, su ángulo de incidencia es el primero que baja de θ_c. Los rayos bien dentro del cono se aguantan hasta una curva más cerrada.

Pérdidas por curvatura en fibra óptica

Núcleo curvado: incidencia en la pared exterior y ángulo crítico; un radio pequeño produce fuga (esquema meridional).

Sobre el modelo

En una fibra recta el rayo se retiene por reflexión total interna si el ángulo de incidencia en la frontera núcleo–revestimiento es mayor que el crítico θ_c = arcsin(n_clad / n_core). En una curva de radio R cambia la geometría: en la pared exterior el ángulo efectivo de incidencia baja aproximadamente en a/R. Si queda por debajo de θ_c, se rompe la RTI y el rayo se refracta al revestimiento: pérdidas por macrocurvatura. El modelo es bidimensional, solo rayos meridionales, perfil escalonado, sin absorción, microcurvaturas ni acoplamiento de modos. Se cambian R, los índices y el ángulo del rayo con el eje: cuanto más cerrada es la curva y más cerca está el rayo del borde del cono de aceptación, antes empieza la fuga.

Para quién: Fibra óptica de facultad: reflexión total interna y pérdidas por macrocurvatura.

Conceptos clave

reflexión total interna
ángulo crítico
ley de la refracción
radio de curvatura
rayo meridional
núcleo
revestimiento
pérdidas por curvatura

Cómo funciona

El mismo par de índices escalonados que en la apertura numérica, pero el núcleo está curvado. Ángulo crítico θ_c = arcsin(n_clad/n_core); en la pared exterior se suma al ángulo del rayo una inclinación ~a/R. Si la incidencia supera θ_c, el rayo se escapa: en el esquema se ve la refracción hacia afuera. No se cuentan las microcurvaturas ni el acoplamiento de modos.

Fórmulas principales

θ_c = arcsin(n_clad / n_core) · esquema: θᵢ,outer ≈ θ_ray + a/R

Preguntas frecuentes

¿Por qué en una curva se escapa la luz si la frontera sigue ahí?: En la fibra recta el rayo guiado cae en la frontera con un ángulo grande respecto de la normal. En la pared exterior de la curva ese mismo rayo llega más tendido. Si el nuevo ángulo de incidencia es menor que θ_c, no hay RTI: el rayo se refracta al revestimiento.
¿Todos los rayos de una fibra real se comportan así?: Aquí solo hay rayos meridionales en el plano del eje. También hay rayos oblicuos (helicoidales), y la descripción completa son los modos guiados. El esquema de rayos muestra bien el mecanismo de las pérdidas por macrocurvatura, pero no sustituye la teoría ondulatoria.
¿Para qué en la práctica se conoce el radio mínimo de curvatura?: El cable no se puede enrollar ni tender demasiado cerrado: crecen la atenuación y los errores. Las fibras «insensibles a la curvatura» aguantan un R menor gracias al perfil de n. En el montaje en gabinetes y en el cableado de viviendas es un límite de trabajo.
¿Cómo se relaciona el ángulo de aceptación con las pérdidas por curvatura?: Un rayo en el borde del cono de aceptación ya está al límite de la RTI en la fibra recta. En la curva, su ángulo de incidencia es el primero que baja de θ_c. Los rayos bien dentro del cono se aguantan hasta una curva más cerrada.

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