¿Cómo se modelan los materiales transparentes, como las guías de luz, si la transmitancia es del 90% para una lámina de vidrio de 0,5 mm, pero de 0,3 db/km para la fibra óptica?

Question

Estoy tratando de modelar una guía de luz (utilizando una herramienta comercial - Synopsys Lighttools). Estoy obteniendo una transmitancia muy baja utilizando vidrios en la biblioteca de materiales, del orden del 40% de pérdida en el espectro visible. Estos valores parecen bajos teniendo en cuenta el rendimiento del vidrio de alta pureza utilizado en la fibra óptica - Tengo una hoja de datos de Corning que muestra ~0,3db/km.

Esperaría muchos más reflejos en una fibra, y quería saber cómo modelar con precisión el cristal en mi guía de luz. Según tengo entendido, la prueba de transmitancia mide la relación de la intensidad de la luz cuando se inserta una muestra entre una fuente y un receptor. Todos los datos de la muestra son para secciones finas, generalmente de menos de un milímetro, mientras que la guía de luz tiene cientos de milímetros de longitud.

¿Puede alguien explicar qué magnitud hay que utilizar en óptica para obtener un valor correcto?

Answer 1

No está claro cuáles son los valores de sus cristales. ¿Es el 90% de transmisión o el 40% de pérdida? ¿Son para 0,5 mm y unos cientos de mm, respectivamente?

Evidentemente, eso no es escalable, así que debe incluir las pérdidas por reflexión en la superficie. Entonces tenemos dos puntos y una línea:

$$ 0.9 = (1-R) e^{-0.5{\rm mm}/L} $$ $$ 0.4 = (1-R) e^{-200{\rm mm}/L} $$

(Un poco adivinando los números... se puede ajustar según sea necesario).

De eso:

$$\frac{0.9}{0.4}=2.25 = e^{195.5/L} $$

por lo que la longitud de pérdida característica es:

$$L = \frac{195.5\,{\rm mm}}{\ln{2.25}} = 241\,{\rm mm}$$

Con eso:

$$ R = 8.3\,{\%}$$

No hay forma de sacar 0,3 db/km de esas cifras.

La clave de la fibra óptica es que la luz está contenida por la reflexión interna total (TIR) en el límite de la fibra. Si el medio fuera de la fibra no tiene pérdidas, la "T" de TIR es realmente "total". Puede ser casi total para la fibra real en uso, y probablemente esté incluida en los 0,3 db/km.

Sin datos más claros, es difícil seguir avanzando.

Answer 2

Puede que me equivoque, pero este software (Synopsys Lighttools) no parece ser adecuado para modelar la fibra óptica porque es basado en la óptica geométrica mientras que para la fibra óptica se necesitan las ecuaciones de Maxwell.