Por que o ângulo de aceitação não pode ser 90°?

Isso exigiria NA = 1, ou seja, n_clad = 0 — o que não existe. Mesmo numa fibra com casca de ar, NA = √(n_core² − 1) < 1. Nas fibras de telecomunicações costuma-se ter NA ≈ 0,1–0,5: cone estreito, raios quase rasantes, menos dispersão intermodal.

Como as perdas por curvatura se ligam à abertura numérica?

Numa curva fechada o raio na parede externa incide mais de raso; se o ângulo fica abaixo do crítico, a luz escapa. NA grande — maior diferença de n e maior ângulo crítico, o raio fica mais preso. Fibras de longa distância, de NA pequena, são mais sensíveis à curvatura.

O que acontece com um raio fora do cone de aceitação?

Ele refrata para o núcleo, mas na fronteira com a casca cai abaixo do ângulo crítico, vaza em parte e some depressa. No esquema só aparece o cone dos raios que continuam guiados.

Por que a casca tem índice diferente do núcleo?

A reflexão total só é possível se n_core > n_clad. A casca é outro vidro ou polímero, ou se dopa o núcleo para subir o n. A casca ainda protege a fronteira de sujeira que, sem isso, derrubaria o guiamento.

Abertura numérica de uma fibra

Q: Como as perdas por curvatura se ligam à abertura numérica?

Numa curva fechada o raio na parede externa incide mais de raso; se o ângulo fica abaixo do crítico, a luz escapa. NA grande — maior diferença de n e maior ângulo crítico, o raio fica mais preso. Fibras de longa distância, de NA pequena, são mais sensíveis à curvatura.

Q: O que acontece com um raio fora do cone de aceitação?

Ele refrata para o núcleo, mas na fronteira com a casca cai abaixo do ângulo crítico, vaza em parte e some depressa. No esquema só aparece o cone dos raios que continuam guiados.

Q: Por que a casca tem índice diferente do núcleo?

A reflexão total só é possível se n_core > n_clad. A casca é outro vidro ou polímero, ou se dopa o núcleo para subir o n. A casca ainda protege a fronteira de sujeira que, sem isso, derrubaria o guiamento.

NA a partir dos índices do núcleo e da casca; ângulo de aceitação e indício qualitativo das perdas por curvatura.

Sobre o modelo

A abertura numérica de uma fibra óptica mede a luminosidade do guia que retém a luz por reflexão total na fronteira núcleo–casca. NA = √(n_core² − n_clad²); no ar o ângulo máximo de aceitação é θ_ac = arcsin(NA). Um raio que entra mais inclinado cai, na fronteira núcleo–casca, abaixo do ângulo crítico e escapa para a casca. O modelo é uma fibra ideal de índice em degrau: fronteira lisa, sem absorção nem espalhamento. Mudam-se os índices do núcleo e da casca: maior diferença de n — cone de entrada mais largo. A curvatura no desenho é só qualitativa: NA alta em geral tolera curva mais fechada antes de vazar.

Para quem: Óptica e fotônica na graduação: fibra de índice em degrau, abertura numérica, ângulo de aceitação.

Conceitos-chave

abertura numérica
índice de refração
reflexão total
ângulo de aceitação
núcleo
casca
fibra de índice em degrau
perdas por curvatura

Como funciona

Para o perfil em degrau, NA = √(n_core² − n_clad²); no ar, sin θ_accept ≈ NA. No esquema, o cone de aceitação e os raios meridianos dentro dele ficam retidos por reflexão total. NA maior aceita raios mais inclinados, mas cresce a dispersão intermodal. O controle de curvatura só distorce o desenho — o cálculo das perdas está no modelo vizinho de curvatura.

Perguntas frequentes

Por que o ângulo de aceitação não pode ser 90°?: Isso exigiria NA = 1, ou seja, n_clad = 0 — o que não existe. Mesmo numa fibra com casca de ar, NA = √(n_core² − 1) < 1. Nas fibras de telecomunicações costuma-se ter NA ≈ 0,1–0,5: cone estreito, raios quase rasantes, menos dispersão intermodal.
Como as perdas por curvatura se ligam à abertura numérica?: Numa curva fechada o raio na parede externa incide mais de raso; se o ângulo fica abaixo do crítico, a luz escapa. NA grande — maior diferença de n e maior ângulo crítico, o raio fica mais preso. Fibras de longa distância, de NA pequena, são mais sensíveis à curvatura.
O que acontece com um raio fora do cone de aceitação?: Ele refrata para o núcleo, mas na fronteira com a casca cai abaixo do ângulo crítico, vaza em parte e some depressa. No esquema só aparece o cone dos raios que continuam guiados.
Por que a casca tem índice diferente do núcleo?: A reflexão total só é possível se n_core > n_clad. A casca é outro vidro ou polímero, ou se dopa o núcleo para subir o n. A casca ainda protege a fronteira de sujeira que, sem isso, derrubaria o guiamento.

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