La Fibra Óptica - Temas Tecnológicos

Iluminación de fibra óptica

Introducción
La fibra óptica se puede utilizar para transmitir luz desde una fuente a una ubicación remota para iluminación y comunicaciones. De hecho, las fibras están hechas no sólo para transmitir luz sino también para brillar a lo largo de la propia fibra, por lo que se asemeja a un tubo de luz de neón. Las aplicaciones para la iluminación de fibra óptica son muchas, generalmente basadas en la utilización de los atributos especiales de la fibra, así como de sus características únicas.
 

¿Por qué utilizar fibra óptica para iluminación?
El uso de fibra para iluminación remota tiene muchas ventajas, algunas de las cuales son más importantes que otras para tipos especiales de aplicaciones.
Iluminación sin calor: Dado que la fuente de luz es remota, la fibra transmite la luz pero aísla el calor de la fuente de luz del punto de iluminación, una consideración importante para iluminar objetos delicados, como exhibiciones de museos, que podrían dañarse con el calor o la luz intensa.
Seguridad eléctrica: La iluminación subacuática, como la utilizada en piscinas y fuentes, o la iluminación en atmósferas peligrosas, se puede realizar de forma segura con iluminación de fibra óptica, ya que la fibra no es conductora y la energía de la fuente de luz se puede colocar en un lugar seguro. Incluso muchas luces son de bajo voltaje.
Iluminación precisa: La fibra óptica se puede combinar con lentes para proporcionar luz cuidadosamente enfocada en puntos extremadamente pequeños, populares para exhibiciones de museos y exhibiciones de joyería, o simplemente iluminar un área específica con precisión.
Durabilidad: El uso de fibra óptica para la iluminación hace que la iluminación sea mucho más duradera. La fibra óptica, ya sea de plástico o de vidrio, es resistente y flexible, mucho más duradera que las frágiles bombillas.
La mirada del neón: La fibra que emite luz a lo largo de su longitud, generalmente llamada fibra emisora ​​de bordes, tiene el aspecto de tubos de neón para iluminación decorativa y señales. La fibra es más fácil de fabricar y, al estar hecha de plástico, es menos frágil. Como la iluminación es remota, se puede colocar en uno o ambos extremos de la fibra y las fuentes pueden ser más seguras ya que son fuentes de bajo voltaje.
Variar el color: Al utilizar filtros de colores con fuentes de luz blanca, la iluminación de fibra óptica puede tener muchos colores diferentes y, al automatizar los filtros, variar los colores en cualquier secuencia preprogramada.
Instalación más sencilla: La iluminación de fibra óptica no requiere instalar cables eléctricos al localizador de luz y luego instalar artefactos de iluminación voluminosos con una o más bombillas en el lugar. En cambio, se instala una fibra en el lugar y se fija en el lugar, tal vez con un pequeño accesorio de lente de enfoque, un proceso mucho más simple. A menudo varias fibras pueden utilizar una única fuente de luz, simplificando aún más la instalación.
Fácil mantenimiento: La iluminación en áreas de difícil acceso, como techos altos o espacios pequeños, puede dificultar el cambio de fuentes de luz. Con la fibra, la fuente puede estar en un lugar de fácil acceso y la fibra en cualquier lugar remoto. Cambiar la fuente ya no es un problema.


Cómo funciona la iluminación de fibra óptica
La iluminación de fibra óptica utiliza fibra óptica como un "tubo de luz", transmitiendo luz desde una fuente a través de la fibra hasta una ubicación remota. La luz puede emitirse desde el extremo de la fibra creando un pequeño efecto de foco (también llamado "brillo final") o emitida desde el exterior de la fibra a lo largo de su longitud, pareciendo un tubo de neón o fluorescente (también llamado "brillo lateral" ).
La fuente de luz suele denominarse "iluminador de fibra óptica" y consta de una fuente de luz brillante y, a menudo, algunas ópticas para enfocar la luz de manera eficiente en la fibra. Las fuentes deben ser brillantes, por lo que comúnmente se utilizan luces halógenas de cuarzo o de halogenuros metálicos de xenón. Las fibras más pequeñas también pueden utilizar LED que acoplan la luz de manera muy eficiente en las fibras pero no alcanzan los niveles de luz de las otras lámparas.
Las fibras ópticas utilizadas para la iluminación son similares a las fibras utilizadas en las comunicaciones, pero están optimizadas para transmitir luz, no señales de alta velocidad. Las fibras constan de un núcleo que transmite la luz y un revestimiento óptico que atrapa la luz en el núcleo de la fibra. A diferencia de las fibras de comunicaciones que utilizan núcleos pequeños para maximizar el ancho de banda, las fibras de iluminación utilizan núcleos grandes con revestimientos delgados para maximizar el acoplamiento de la luz del iluminador a la fibra. Las fibras de emisión lateral tienen una interfaz rugosa entre el núcleo y el revestimiento para dispersar parte de la luz fuera del núcleo a lo largo de la fibra para crear una apariencia iluminada consistente similar a los tubos de luz de neón.
Las fibras de iluminación pueden estar hechas de vidrio, al igual que las fibras de comunicaciones, o de plástico. Si las fibras son de vidrio, suelen tener un diámetro muy pequeño y muchas están agrupadas en un cable encamisado para proporcionar suficiente transmisión de luz. También se utilizan fibras plásticas de mayor diámetro, quizás más comúnmente, porque son económicas y más fáciles de instalar, pero tienen una mayor pérdida de luz y no pueden soportar temperaturas tan altas, lo que a veces limita la entrada de luz de una fuente.


tipos de fibra

Fibra emisora ​​final
La fibra de emisión final es generalmente una fibra multimodo de índice escalonado con un núcleo transparente grande que transmite la luz y un revestimiento transparente delgado que atrapa la luz en el núcleo en un proceso óptico llamado "reflexión interna total". El núcleo es grande en comparación con el revestimiento delgado, lo que lo hace más eficiente a la hora de acoplar la luz del iluminador. El revestimiento no transmite luz, por lo que la fibra no transmitirá la luz acoplada al revestimiento.
Las fibras emisoras generalmente están hechas de plástico, ya que se pueden fabricar en tamaños más grandes que el vidrio y son menos costosas y más fáciles de instalar. La fibra óptica plástica (POF) se fabrica en tamaños de 0.1 a 20 mm de diámetro. Las fibras de vidrio generalmente se fabrican en tamaños mucho más pequeños (delgadas como un cabello, alrededor de 50-150 micrones o 0.05 a 0,15 mm) y se agrupan para formar cables de mayor diámetro.
La elección de los materiales del núcleo y del revestimiento determina el ángulo de los rayos de luz aceptados desde las fuentes y transmitidos por la fibra (llamados modos), definido por una especificación llamada apertura numérica (NA). La luz saldrá de la fibra en un cono que muestra el tamaño de la NA y la NA más grande tendrá un cono de iluminación de salida más amplio. Las fibras de NA más altas también acoplan la luz de las fuentes de manera más eficiente, ya que capturarán la luz en ángulos más altos emitidos por la fuente. Las fibras típicas tienen conos de aceptación de {{0}} grados, correspondientes a NA de 0.3-0.6. Cuando se utilizan ópticas para enfocar la luz emitida por la fibra, se debe conocer el NA de la fibra para elegir la óptica adecuada.
Las fibras emisoras transmiten bien la luz. Las fibras de vidrio son más eficientes en la transmisión porque el vidrio es más transparente que el plástico, pero debido a las ineficiencias de empaquetar las fibras en haces, los espacios entre las fibras en los haces significan que gran parte de la luz del iluminador no está acoplada en núcleos de fibra. Sin embargo, las fibras de vidrio pueden ser más tolerantes al calor generado por el iluminador, lo que permite una mayor intensidad del iluminador y proporciona más luz desde el extremo de la fibra.

Fibra emisora ​​de bordes

La fibra que emite en los bordes es básicamente similar a la fibra que emite en los extremos, excepto que el límite entre el núcleo y el revestimiento está diseñado para ser ligeramente ineficiente. En lugar de atrapar toda la luz en el núcleo, el límite es irregular y parte de la luz se dispersa en el revestimiento, donde se vuelve visible. Con un diseño cuidadoso, la fibra puede tener un brillo suave que se parece mucho a un tubo de luz de neón. Se han tejido fibras más pequeñas que emiten bordes en cintas que emiten luz en una banda.
Dado que gran parte de la luz se pierde por la emisión de los bordes a lo largo de la fibra, la fibra que emite los bordes tiene una alta atenuación. Esto puede limitar las longitudes de fibra que emite bordes que pueden usarse. Esto se puede aliviar iluminando la fibra desde ambos extremos usando dos iluminadores o enrollando la fibra nuevamente alrededor del mismo iluminador, o usando tapas reflectantes en los extremos para enviar el exceso de luz de regreso a la fibra desde el otro extremo.


Iluminadores, tipos de fuentes

El iluminador contiene la fuente de luz para la fibra, así como ópticas y filtros diseñados para producir la cantidad y tipo de iluminación deseada. Si bien la cantidad de luz acoplada a la fibra es la consideración principal al elegir un iluminador, intervienen muchos otros factores, lo que ha llevado al mercado a ofrecer muchos tipos de fuentes.
La potencia acoplada a la fibra o fibras, ya que muchas fuentes admiten más de una fibra, generalmente determinará el tipo de fuente de luz utilizada. En muchos iluminadores se utilizan lámparas halógenas de cuarzo. Estas fuentes, desarrolladas como focos o lámparas para proyectores, se presentan tanto en versión de baja tensión como en CA, con una amplia gama de potencias. Las lámparas halógenas de cuarzo suelen estar integradas con reflectores que simplifican el enfoque de la luz en una fibra. Se han introducido nuevas lámparas de halogenuros metálicos de xenón que tienen una alta potencia de salida pero requieren alto voltaje y ofrecen una mayor eficiencia.
Los sistemas de menor potencia han podido utilizar LED que tienen mayor eficiencia pero potencia limitada. Los nuevos LED son cada vez más brillantes e incluso más eficientes, lo que los convierte en una fuente viable para más sistemas.
Los iluminadores incluyen algo más que lámparas o LED. Las lámparas pueden necesitar reflectores si no están integrados en la lámpara, así como lentes para enfocar la luz en la fibra. Las fuentes de alta energía pueden tener filtros infrarrojos (IR) para reducir el calentamiento de la fibra y filtros ultravioleta (UV) para evitar daños a las fibras durante una exposición prolongada.
Se necesitarán fuentes de energía para las lámparas o LED, incluida la capacidad de atenuación, si se desea. Dado que la mayoría de las lámparas generan mucho calor, muchos iluminadores incluirán ventilación forzada por ventilador.
Las lámparas se filtran fácilmente para proporcionar luz coloreada en la fibra. El uso de filtros móviles, normalmente en una rueda accionada por un pequeño motor eléctrico, permite cambiar el color de la luz en una secuencia elegida.
La complejidad de los iluminadores impide que la mayoría de los usuarios fabriquen los suyos propios, pero numerosos fabricantes ofrecen varios modelos optimizados para diversos tipos de fibras y aplicaciones. Trabajar con estos fabricantes es la mejor manera de elegir un iluminador adecuado y fibras compatibles.
La iluminación pasiva que utiliza fibra óptica se realiza mediante colectores solares montados en el techo que entregan luz solar a través de fibra a las habitaciones de un edificio o debajo de las cubiertas de los barcos.

Accesorios de emisor final
Normalmente, la luz sale de una fibra emisora ​​en el extremo en un cono de luz definido por la apertura numérica de la fibra. En algunos casos, esto será suficiente para la iluminación. Sin embargo, a veces es deseable enfocar la luz en un punto más pequeño, crear un punto iluminado con forma o difundir la luz para que parezca una bombilla normal. Hay disponibles accesorios finales con lentes que pueden enfocar la luz según sea necesario, pero deben elegirse según la compatibilidad con la fibra que se utiliza.
También hay disponibles accesorios decorativos para crear un atractivo accesorio para la luz, no solo el extremo de una fibra. Los fabricantes ofrecen muchos tipos diferentes de estas luminarias, al igual que las luminarias normales.

Niveles de iluminación
Dado que la iluminación de un área u objeto es la razón para utilizar fibra óptica, los niveles de iluminación son los más importantes. Hacer comparaciones directas entre varias fibras e iluminadores puede resultar difícil debido a las numerosas opciones disponibles. Incluso la percepción del ojo humano, muy sensible al color, influye.
Las fibras emisoras finales son más fáciles de calibrar ya que la potencia de salida se puede medir fácilmente a las distancias apropiadas desde el extremo de la fibra mediante fotómetros calibrados en pies-candela. Las fibras que emiten bordes son más difíciles de calibrar, ya que emiten en patrones difusos y su contraste percibido depende de la iluminación ambiental.
Es ilustrativo observar los factores que intervienen en la iluminación proporcionada por las distintas opciones.

Potencia acoplada
La potencia acoplada a la fibra óptica es función de la intensidad de la fuente de luz, la eficiencia del enfoque en el extremo de la fibra, filtros incluidos (IR, UV y/o color), reflectancia del extremo de la fibra y de la cruz. -área seccional de la fibra. Las fibras más grandes, obviamente, acoplan más potencia. Duplicar el diámetro de la fibra aumenta el área de la sección transversal cuatro veces (2 al cuadrado), por lo que la potencia acoplada debería ser cuatro veces mayor. Asimismo, una mayor densidad de empaquetado en los haces de fibras aumentará la potencia acoplada. Incluso la limpieza de los extremos de las fibras es importante, ya que el polvo y la suciedad absorben una cantidad considerable de luz.

Atenuación de fibra
Las pérdidas en la fibra debido a la dispersión y la absorción reducirán la potencia de salida y, dado que la atenuación de la fibra depende de la longitud de onda, el color de la luz emitida cambiará. Las fibras más largas significan que la luz se enrojecerá ligeramente.


Diseño de sistemas de iluminación de fibra óptica
La iluminación de fibra óptica parece no cumplir con los estándares de la industria, por lo que cada producto y aplicación es patentado.
Dado que existe tanta variedad en los sistemas de iluminación de fibra óptica, es difícil generalizar sobre el diseño de sistemas. Sin embargo, todo proyecto de diseño comenzará con algunos elementos comunes: qué se ilumina, qué tipo de luz se desea (intensidad, patrón de iluminación, color, variedad, etc.), dónde se presentará la luz y dónde se colocará el iluminador. . Si el diseñador es nuevo en la iluminación de fibra óptica, se recomienda encarecidamente consultar con un diseñador y contratista experimentado. Podrán recomendar diseños, componentes de iluminación de fibra óptica y fabricantes. También deberían poder ayudar a diseñar no sólo el sistema de iluminación de fibra óptica, sino también la potencia y el controlador del sistema.
Si no se dispone de un contratista experimentado, se pueden utilizar los sitios web de fabricantes y distribuidores para obtener más información sobre qué aplicaciones son posibles, qué componentes están disponibles y cuáles son las mejores opciones para implementarlas. También se pueden ver las opciones respecto a comprar componentes y montarlos usted mismo o comprar un sistema completo listo para instalar.

Instalación de Sistemas de Iluminación de Fibra Óptica
La instalación de sistemas de iluminación de fibra óptica implica la instalación de cables, iluminadores y luminarias. La mayoría de las aplicaciones son personalizadas y muchas requerirán prácticas especializadas relacionadas con los componentes que se utilizan. Trabajar con fabricantes que no sólo han desarrollado los componentes sino también los accesorios y prácticas de instalación es la mejor manera de garantizar que la instalación se realice correctamente. Si la aplicación es de un tipo nuevo, es muy importante experimentar para determinar si funcionará correctamente antes de comprometerse con el trabajo real.
Los consejos dados anteriormente sobre el diseño de sistemas de iluminación de fibra óptica también se aplican aquí, ya que nada sustituye a la experiencia. Parece que cualquier electricista competente acostumbrado a instalar iluminación debería poder instalar un sistema de iluminación de fibra óptica, especialmente porque tiene experiencia en la instalación de cables, accesorios de iluminación, energía eléctrica y controladores.
 

Nos hemos especializado en el negocio de cables de fibra óptica durante casi 10 años y hemos conseguido muchos clientes reconocidos en todo el mundo con asociaciones a largo plazo. Si está interesado en nuestros productos, por favor contácteme.