Fundamentos de la Conversión A/D, Teorema de Nyquist y Sistemas de Fibra Óptica

Conversión Analógica-Digital (A/D)

La conversión analógica-digital consiste en la transcripción de señales analógicas en señal digital, con el propósito de obtener la señal resultante digital.

Teoría del Muestreo

Consiste en el proceso por el cual la señal analógica es muestreada, es decir, la toma sucesiva de muestras a lo largo del tiempo. El conversor A/D necesita un tiempo finito para realizar la conversión.

El Teorema de Nyquist

Para digitalizar una señal analógica, se requiere que la frecuencia de muestreo ($f_s$) sea al menos dos veces la frecuencia máxima de la señal analógica de entrada ($f_{max}$). La frecuencia mínima de muestreo ($2 \times f_{max}$) se conoce como la Frecuencia de Nyquist.

• Ejemplo: Si se requiere convertir una señal de 60 Hz, se debe muestrear a 120 ciclos por segundo (120 Hz).

Sistemas de Comunicación Ópticos

Son aquellos sistemas que utilizan la luz como medio de transmisión. La fibra óptica es uno de los mejores métodos de transmisión digital, ya que supera las desventajas de las microondas.

Ventajas y Desventajas de la Fibra Óptica

Las fibras ópticas presentan las siguientes características:

• Presentan un gran ancho de banda.
• No son susceptibles a las interferencias.
• No sufren debilitamiento significativo (atenuación).
• Su fabricación no es costosa.

Su principal desventaja es la necesidad de mantener la fibra óptica libre de daños físicos.

Estructura y Principios de Propagación

La fibra óptica consiste en tres partes:

1. Núcleo (Interior): Por donde se propaga la luz.
2. Revestimiento (Exterior): Capa que rodea el núcleo.
3. Recubrimiento de protección: Capa protectora alrededor del revestimiento.

El núcleo y el revestimiento suelen ser de vidrio, cada uno con un índice de refracción. El núcleo posee un índice de refracción superior al revestimiento. Debido a esto, la luz se mantiene y propaga a través del núcleo por el principio de reflexión interna total.

Ángulo de Aceptación y Apertura Numérica (NA)

Las ondas luminosas deben entrar en la fibra óptica dentro de un cierto ángulo, llamado ángulo de aceptación. Si el ángulo de la onda es mayor, esta escapará por el revestimiento.

Este ángulo está definido por la Apertura Numérica (NA), concepto utilizado para describir la potencia colectora de luz de la fibra.

Clasificación de la Fibra Óptica

Las fibras ópticas se clasifican según su modo de propagación y su índice de refracción.

1. Clasificación por Modo de Propagación

• Monomodo: La luz toma un solo camino a través del núcleo (mide típicamente 10 µm de diámetro).
• Multimodo: Permiten múltiples caminos de luz (tienen núcleos más grandes, típicamente de 50 µm a 200 µm de diámetro).

2. Clasificación por Índice de Refracción

• Salto de Índice (Step Index): El índice de refracción es uniforme a lo largo del diámetro del núcleo.
• Índice Gradual (Graded Index): El índice de refracción es inferior en las proximidades del revestimiento. Las ondas luminosas se propagan ligeramente más lentas en las proximidades del núcleo que cerca del revestimiento, lo que ayuda a reducir la dispersión modal.