Geometric optics theory of multi-step index optical fibres

Resumen

El objetivo principal de la presente tesis consiste en realizar un análisis exhaustivo de las propiedades de propagación de luz en fibras ópticas de índice multi-escalón haciendo uso de la óptica geométrica. En primer lugar se realiza una introducción al contexto en el que se engloba la presente tesis. Una vez situada este contexto se procede a analizar las propiedades de propagación de luz, obteniendo la ecuación general para la trayectoria del rayo. Dicha ecuación permite establecer una clasificación de los rayos como ligados, refractantes y túnel. A continuación se caracterizan los parámetros de trayectoria de rayos que permiten evaluar las propiedades de transmisión de la fibra. Asimismo, se caracteriza la capacidad de aceptación de la luz de las fibras ópticas de índice multi-escalón. A continuación, se estudian las pérdidas de acoplamiento extrínsecas e intrínsecas. En primer lugar se derivan las expresiones analíticas que permiten calcular las pérdidas de acoplamiento debidas a los tres tipos fundamentales de desalineamientos mecánicos. Posteriormente, se llevan a cabo diversas medidas experimentales y se realizan numerosas simulaciones numéricas para corroborar la validez de los resultados teóricos obtenidos, y con el fin de identificar qué tipo de desalineamiento es el más crítico. Posteriormente, se obtiene la expresión analítica correspondiente al coeficiente de transmisión de potencia para rayos refractantes y rayos túnel. La validación del modelo teórico desarrollado se lleva acabo mediante la comparación de los coeficientes de transmisión de potencia obtenidos para diferentes tipos de fibras de índice multi-escalón y para fibras de salto de índice y de índice gradual. También se realizan un análisis exhaustivo de los mecanismos de propagación que tienen lugar entre las diferentes capas de fibras ópticas de índice multi-escalón y que surgen debido a la naturaleza discontinua del p