rayo meridional

Un rayo meridional es un rayo de luz que viaja a través de una fibra óptica y pasa por el eje central de la fibra. A diferencia de los rayos oblicuos, que giran en espiral alrededor del núcleo sin cruzar el eje, los rayos meridionales lo cruzan repetidamente a medida que rebotan entre el límite del núcleo y el revestimiento. Este paso axial los hace predecibles y más fáciles de analizar matemáticamente, por lo que sirven como caso de referencia estándar en la teoría de la fibra óptica.

En una fibra de índice escalonado con un diámetro de núcleo de 50 micrómetros y una apertura numérica (NA) de 0.2, los rayos meridionales entran en ángulos dentro del cono de aceptación de la fibra y siguen trayectorias planas que contienen el eje de la fibra. Experimentan una reflexión interna total en ángulos de incidencia mayores que el ángulo crítico, determinado por la diferencia del índice de refracción entre el núcleo (típicamente 1.48) y el revestimiento (típicamente 1.46). Cada rebote refleja el rayo de vuelta hacia el eje, y luego se aleja de nuevo, creando un patrón en zigzag en una vista en sección transversal.

Rayos meridionales versus oblicuos

Los rayos oblicuos nunca intersecan el eje y siguen trayectorias helicoidales con números de modo más altos, típicamente transportando potencia a distancias más largas en fibras multimodo. Los rayos meridionales son más fáciles de trazar, pero representan solo un subconjunto de los modos de propagación totales. En fibras monomodo que operan a 1310 nm o 1550 nm, la distinción importa menos porque solo existe un modo fundamental (LP01), pero en fibras multimodo que transportan cientos de modos, ambas familias de rayos coexisten y deben tenerse en cuenta al calcular la pérdida, la dispersión y el ancho de banda.

El término refleja su origen geométrico: meridional se refiere a un círculo máximo o plano que pasa por ambos polos de una esfera, análogo al plano que contiene el eje de la fibra y la trayectoria del rayo. Los ingenieros utilizan modelos de rayos meridionales para establecer el rendimiento de referencia y para identificar la pérdida dependiente del modo, donde diferentes familias de rayos experimentan diferentes atenuaciones debido a irregularidades o curvaturas del núcleo. Comprender el comportamiento meridional es esencial al diseñar las condiciones de lanzamiento, modelar la eficiencia de acoplamiento y predecir el ruido modal en sistemas coherentes.