Física da reflexão interna total

Quando a luz passa de um meio m1 com um índice de refração para outro meio m2 com um índice de refração mais baixo, ela se desvia ou refrata para longe de uma linha imaginária perpendicular à superfície (linha normal). Conforme o ângulo do feixe através de m1 se torna maior em relação à linha normal, a luz refratada através de m2 se desvia para longe da linha.

Em um ângulo particular (o ângulo crítico), a luz refratada não penetrará em m2, viajando ao longo da superfície entre os dois meios: (sen(ângulo crítico) = n2/n1, onde n1 e n2 são os índices de refração dos meios m1 e m2 – sendo que n1 é maior do que n2. Se o ângulo do feixe através de m1 for maior do que o ângulo crítico, então o feixe refratado será refletido inteiramente de volta para m1 (reflexão interna total), mesmo que m2 seja transparente!

Em física, o ângulo crítico é descrito em relação à linha normal. Para as fibras ópticas, o ângulo crítico é descrito em relação ao eixo paralelo que corre pelo meio da fibra. Assim, o ângulo crítico da fibra óptica é igual a 90 graus menos o ângulo crítico físico.

Reflexão interna total em uma fibra óptica

Em uma fibra óptica, a luz viaja através do núcleo (m1, de alto índice de refração), refletindo-se constantemente na interface (m2, de menor índice de refração), porque o ângulo da luz é sempre maior do que o ângulo crítico. A luz se refletirá na interface, não importando o ângulo em que a fibra seja curvada, mesmo que seja um círculo completo.

Como a interface não absorve nenhuma luz do núcleo, a onda luminosa pode viajar grandes distâncias. Entretanto, uma parte do sinal luminoso se degrada dentro da fibra, principalmente em razão das impurezas contidas no vidro. A intensidade dessa degradação do sinal depende da pureza do vidro e do comprimento de onda da luz transmitida (por exemplo, 850 nm = 60 a 75 %/km; 1.300 nm = 50 a 60 %/km; para 1.550 nm, ela é maior do que 50 %/km). Algumas fibras ópticas de qualidade excepcional apresentam uma degradação de sinal muito menor: menos de 10 %/km em 1.550 nm.

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