Defina los siguientes términos:

Atenuación: Atenuación es la reducción de nivel de una señal, cuando pasa a través de un elemento de un circuito, o la reducción en nivel de la energía de vibración, cuando pasa a través de una estructura. La atenuación se mide en Decibelios, pero también se puede medir en porcentajes. Por lo general, la atenuación depende de la frecuencia, eso es la cantidad de atenuación varía en función de la frecuencia.

Absorción: es un fenómeno que afecta a la propagación de ruido. Cuando una onda alcanza una superficie, la mayor parte de su energía se refleja, pero un porcentaje de ésta es absorbida por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de energía que propagan, ninguno es completamente opaco.

Distorsión intermodal: es la distorsión que se presenta en la señal al transmitirse por fibra óptica debido a que los modos mayores recorren mayor distancia, por esta razón los rayos de luz llegan en tiempos distintos, generándose un pulso ensanchado y deformado con respecto al original.

Semiconductor intrínseco: Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia.

Semiconductor extrínseco: se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de portadores de carga libres. Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semiconductores dopados. En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n.

Uniones p-n: En una unión entre un semiconductor p y uno n, a temperatura ambiente, los huecos de la zona p pasan por difusión hacia la zona n y los electrones de la zona n pasan a la zona p. En la zona de la unión, huecos y  electrones se recombinan, quedando una estrecha zona de transición con una distribución de carga debida a la presencia de los iones de las impurezas y a la ausencia de huecos y electrones. Se crea, entonces un campo eléctrico que produce corrientes de desplazamiento, que equilibran a las de difusión. A la diferencia de potencial correspondiente a este campo eléctrico se le llama potencial de contacto

Bandas de energía: Los niveles de energía de los electrones en los átomos de un cristal no coinciden con los niveles de energía de los electrones para átomos aislados. De este modo el cristal se transforma en un sistema electrónico que obedece al principio de exclusión de Pauli, que imposibilita la existencia de dos electrones en el mismo estado, transformándose los niveles discretos de energía en bandas de energía donde la separación entre niveles energéticos se hace muy pequeña. La diferencia de energía máxima y mínima es variable dependiendo de la distancia entre átomos y de su configuración electrónica.

Banda de energía directa: La banda prohibida es directa cuando el momento de los electrones y huecos es la misma en ambas la banda de conducción y banda de valencia; un electrón puede emitir un fotón directamente.

Banda de energía indirecta: En una banda indirecta, un fotón no puede ser emitido porque el gasto de energía que sucede cuando se transfiere el momento en forma de fonón a la red cristalina no deja energía disponible para la emisión de este.

Eficiencia cuántica externa: se define como el cociente entre el número de portadores de carga que se recogen en un circuito eléctrico externo al fotodiodo y el número de fotones incidentes en el mismo. La eficiencia cuántica externa depende de la reflectancia del dispositivo así como de la eficiencia de conversión en corriente de los fotones absorbidos.

Frecuencia de resonancia: es aquella frecuencia que tiene una tendencia o facilidad para vibrar. Todo sistema posee una o varias frecuencias naturales de forma que al ser excitadas se producirá un aumento importante de vibración. 

Láser monomodo: cuando el acoplamiento de la emisión espontanea a los modos de oscilación es reducido, y si se opera a elevadas potencias, el laser puede considerarse monomodo. No obstante, aun siendo un laser en estado estacionario, puede este es sometido a una modulación es posible que presente varios modos longitudinales.

Linealidad de la fuente de luz: El transmisor de fibra óptica es un dispositivo híbrido electro-óptico. Convierte señales eléctricas en ópticas y envía las señales ópticas a una fibra óptica. Un transmisor de fibra óptica consiste de un circuito de interfaz, un circuito controlador de la fuente, y una fuente óptica. El circuito interfaz acepta la señal eléctrica entrante, y la procesa para que sea compatible con el circuito controlador de la fuente. La intensidad del circuito controlador de la fuente modula la fuente óptica variando su propia corriente.

Explique que son Pérdidas por dispersión y curvatura Y compárelas con Pérdidas en el núcleo y en el revestimiento.

Perdida por dispersión: se manifiesta como reflexiones del material, debido a las irregularidades submicroscópicas ocasionadas durante el proceso de fabricación y cuando un rayo de luz se está propagando choca contra estas impurezas y se dispersa y refleja.

Perdida por curvatura: La fibra óptica tiene perdidas cuando se dobla, esto es debido a que la energía en el campo evanescente en la parte exterior de la curva, ya que debe seguir el mismo frente de onda que el resto y por tanto debe ir a una velocidad mayor, mayor que la velocidad de la luz. Esto es imposible y para remediarlo pierde parte de su energía radiándola al exterior.

A pesar del hecho que el núcleo sea el material por el que viajan todos los haces de luz, este material como todo presenta pequeñas imperfecciones, las cuales provocan dispersión de parte de los rayos de luz que se están transmitiendo. Por otra parte, el revestimiento es un material que recubre al núcleo, en el todos los haces de luz deben chocar y rebotar por efecto de reflexión, e igualmente ocasiona un pequeña atenuación o retraso de la velocidad de transmisión.

Dispersión de material y de guía de onda óptica.

Dispersión de material: se debe al conjunto de longitudes de onda contenido en un pulso. Puesto que el índice de refracción varia con la longitud de onda, la velocidad de grupo de un modo será funciona de la longitud de onda. Ya que las fuentes de luz tienen diferentes componentes en su espectro, cada una tardara distinto tiempo en la transmisión, debido a las diferentes velocidades a las que viajan, lo que producirá un ensanchamiento del pulso emitido.Dispersión por guía de onda óptica: surge del hecho de que el numero de modos depende de la longitud de onda. La dispersión en la guía de onda para modos guiados en una fibra multimodo es sensiblemente pequeña para todos los modos alejados del corte. Ya que los modos próximos al corte, generalmente, transportan una fracción pequeña de la potencia total y suelen sufrir pérdidas más elevadas, la contribución a la dispersión por esta causa puede ser omitida.

Dispersión por polarización de modo.

Polarización es la propiedad de la luz la cual esta relacionada con la dirección de sus vibraciones, en viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización. El modo en el eje X es arbitrariamente definido como un modo lento, mientras que en el eje Y es definido como un modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización de modo es medida en picosegundos.

Explique el Ensanchamiento de pulso en fibras de índice gradual.

En estas fibras el índice de refracción del núcleo no es constante, sino que va variando de forma progresiva mediante una ley matemática calculada al efecto. De esta manera los rayos de luz que van por el centro del núcleo de la fibra y que recorren un camino

más corto van más lentos (índice de refracción mayor) que los rayos de luz que recorren un camino más largo. Con esto se consigue reducir la dispersión modal y aumentar en consecuencia el ancho de banda de la fibra óptica.

En base a esto, se puede decir que las fibras de índice gradual, al reducir pronunciadamente sus índices de dispersión también evitan que ocurra el ensanchamiento temporal de sus pulsos, lo que permite a su vez una mayor velocidad de transmisión de información.

Defina que son Diodos emisores de luz LEDs: Estructura.

Es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica . Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.

Estructura:1.- Extremo superior abovedado de la cápsula de resina epoxi, que hace también función de lente convexa. La existencia de esta lente permite concentrar el haz de luz que emite el chip y proyectarlo en una sola dirección. 2.- Cápsula de resina epoxi protectora del chip. 3.- Chip o diodo semiconductor emisor de luz. 4.- Copa reflectora. En el interior de esta copa se aloja el chip emisor de luz. 5.- Base redonda de la cápsula de resina epoxi. Esta base posee una marca plana situada junto a uno de los dos alambres de conexión del LED al circuito externo, que sirve para identificar el terminal negativo (–) correspondiente al cátodo del chip. 6.- Alambre terminal negativo (–) de conexión a un circuito eléctrico o electrónico externo. En un LED nuevo este terminal siempre es más corto que el terminal positivo. 7.- Alambre terminal positivo (+) correspondiente al ánodo del chip del diodo, que se utiliza para conectarlo al circuito externo. 8.- Alambre muy delgado de oro, conectado internamente con el terminal positivo (+) y con el ánodo del chip.

Freddy:

Modulación.

Para transmitir información a través de un sistema por fibra óptica es necesario modular una propiedad de la portadora óptica con la señal de información. Esta propiedad puede ser la intensidad, la fase, frecuencia o polarización. La mayoría de los sistemas de comunicación por fibra óptica, actualmente instalados, son del tipo IM/DD, es decir, la fuente de luz es modulada por la corriente de información inyectada junto con la corriente de polarización en el diodo.

Defina Diodos láser: Modos de un diodo láser y condiciones de disparo.

Los Diodos láser, emiten luz por el principio de emisión estimulada, la cual surge cuando un fotón induce a un electrón que se encuentra en un estado excitado a pasar al estado de reposo, este proceso está acompañado con la emisión de un fotón, con la misma frecuencia y fase del fotón estimulante.

Modos de un diodo laser: Un láser puede ser clasificado como operar en modo continuo o pulsado, dependiendo de si la salida de potencia es esencialmente continua en el tiempo o si su salida toma la forma de pulsos de luz en una o en otra escala de tiempo. Por supuesto, incluso un láser cuya salida es normalmente continua se puede girar intencionalmente dentro y fuera a una tasa con el fin de crear pulsos de luz. Cuando la velocidad de modulación es en escalas de tiempo mucho más lento que el tiempo de vida cavidad y el período de tiempo durante el cual la energía se puede almacenar en el mecanismo de acción láser o medio de bombeo, a continuación, todavía se clasifica como un "modulada" o "pulsada" láser de onda continua. La mayoría de los diodos láser utilizados en los sistemas de comunicación caen en esa categoría.

Condiciones de disparo: Otro método de lograr la operación de láser pulsado es para bombear el material láser con una fuente que es en sí mismo pulsada, ya sea a través de la carga electrónica en el caso de lámparas de flash, u otro láser que ya está pulsado. Pulsos de bombeo se utilizó históricamente con láseres de colorante en el tiempo de vida de población invertida de una molécula de colorante era tan corto que se necesita una energía, bomba rápida alta. La manera de superar este problema fue para cargar condensadores grandes que luego se cambiaron a descargar a través de lámparas de destellos, la producción de un flash intensa. Pulsos de bombeo también se requiere para láser de tres niveles en los que el nivel de energía más bajo se convierte rápidamente en altamente poblada evitar una mayor acción láser hasta que esos átomos se relajan al estado fundamental. Estos láseres, como el láser excimer y el láser de vapor de cobre, no se pueden utilizar en el modo CW.

Modulación de diodos láser.

Modulación OOK (On-Off Keying): Este tipo de modulación consiste en suministrar al diodo láser una corriente superior a la corriente umbral del diodo láser para que tenga lugar la radiación, cuando se desea emitir el bit "1". En caso de transmitir el bit "0" la potencia óptica emitida por el láser debe ser nula, por lo que la corriente aplicada debe ser menor que el umbral.

Pulsación mediante conmutación de la ganancia: En esta situación se aplica al láser un pulso de corriente que durante un breve intervalo de tiempo este por encima de la corriente umbral para la oscilación del láser. Si este pulso de corriente es lo suficientemente estrecho el pulso óptico emitido se corresponde con el primer pico de las oscilaciones de relajación. Este modo de operación se denomina conmutación de la ganancia.

Modulación de pequeña señal: Este esquema de modulación se emplea en sistemas analógicos. Consiste en aplicar al láser pequeñas variaciones de corriente alrededor de un valor de polarización de forma que se produzca la emisión de una potencia óptica que varía de la misma forma que la corriente aplicada.

Modulación externa : La modulación externa consiste en un diodo láser emitiendo una potencia óptica continua seguido por un dispositivo externo que realiza la modulación deseada. Esto permite evitar los efectos que provoca el chirp de frecuencia generado al modular la amplitud de la potencia óptica generada por el láser.

Efectos de la temperatura.

Como en el LED la dependencia de la temperatura de la emisión de un láser es de suma importancia. Tal y como hemos visto en una sección anterior, para aplicaciones de muy alta velocidad necesitamos altas corrientes de inyección lo cual puede producir un calentamiento del dispositivo aún con buena refrigeración. Los factores de mayor importancia en el estudio de la dependencia con la temperatura son;

a) efecto de la temperatura sobre la corriente umbral y la intensidad óptica y b) efecto de la temperatura sobre la frecuencia de emisión.

Estructura y patrones de radiación.

El modo transversal de un frente de onda electromagnética es el perfil del campo electromagnético en un plano perpendicular (transversal) a la dirección de propagación del rayo. Modos transversales ocurren en las ondas de radio y microondas confinadas en una guía de ondas, como también la luz confinada en una fibra óptica y en el resonador óptico de un láser.Los modos transversales son debidos a las condiciones de frontera impuestas por la guía de ondas. Por ejemplo una onda de radio que se propaga a lo largo de una guía hueca de paredes metálicas tendrá como consecuencia que las componentes del campo eléctrico paralelas a la dirección de propagación (eje de la guía) se anulen, y por tanto el perfil transversal del campo eléctrico estará restringido a aquellas ondas cuya longitud de onda encaje entre las paredes conductoras. Por esta razón, los modos soportados son cuantizados y pueden hallarse mediante la solución de las ecuaciones de Maxwell para las condiciones de frontera adecuadas.

Rosimar:

Nombre y clasifique las Pérdidas por curvatura.

Macrodoblado: La presencia de una curva en la fibra puede afectara el índice refractivo y el ángulo crítico del rayo de luz en esta área específica. Como resultado, la luz que viaja en el núcleo puede refractarse, la pérdida es reversible una vez que desaparece el doblado. Para prevenir esto todos los cables de fibra tienen un mínimo ángulo de curvatura.

Microdoblado: Debido a un doblado a escala menor, generalmente debido a la presión sobre la fibra. Los microdoblados pueden ocasionarse debido a cambios en la temperatura, stress durante el jalado del cable, o alguna fuerza de rotura. Los microdoblados son localizados y la curvatura no puede se visto a simple vista en una inspección.

Según la Optimización de diseño de fibras monomodo defina:

Perfiles de índice de refracción: es la variación índice conforme nos movemos en la sección transversal de la fibra óptica, define la ley de variación del mismo en sentido radial, y siendo la velocidad de la luz en cada punto función de dicho índice, dará lugar a diversas velocidades en diferentes puntos.

Longitud de onda de corte: La fibra óptica, llamada monomodo no guía un único rayo para todas las longitudes de onda. Solo a partir de una longitud de onda óptica se comporta como monomodo, para longitudes de onda por debajo de ese valor la fibra óptica guía varios rayos de luz y se comporta como multimodo. La longitud de onda en la que se produce la separación entre monomodo y multimodo para una fibra óptica se llama longitud de onda de corte.

Retardo de grupo.

El tiempo de tránsito requerido para la potencia óptica, que viaja a la velocidad de grupo de un modo dado, para recorrer una distancia dada. Nota: Para fines de medición de dispersión de fibra óptica, la cantidad de interés es el retardo de grupo por unidad de longitud, que es el recíproco de la velocidad de grupo de un modo particular. El retardo de grupo medido de una señal a través de una fibra óptica exhibe una dependencia de longitud de onda debido a los diferentes mecanismos presentes en la fibra de dispersión.

Materiales para fuentes de luz.

Todos los diodos emiten cierta cantidad de radiación cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía) emitiendo fotones en el proceso. Indudablemente, su color dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Compuestos empleados en la construcción de leds:

Defina como se da la Distorsión de señal en fibras monomodo.

La capacidad de información de las fibras ópticas está limitada por la distorsión de la señal, que se manifiesta como ensanchamiento del pulso transmitido. Este ensanchamiento es un resultado de las características dispersivas del material de una fibra, de la estructura de las imperfecciones mecánicas dentro de la fibra, y de las discontinuidades inducidas de fatiga que pueden surgir en el proceso de cableado. Ambos efectos, mecánico y de fatiga, incrementan la mezcla modal y las pérdidas radiación que pueden causar una dispersión, que no depende linealmente de la longitud y es sensible a las condiciones de partida.

Diámetro de campo modal.

Da idea de la extensión de la mancha de luz del modo fundamental a la salida de la fibra. Su valor aumenta conforme la longitud de onda de la luz guiada es mayor, es de gran importancia en las características de la fibra monomodo. A partir de él se puede calcular posibles pérdidas en empalmes, pérdidas por microcurvaturas y dispersión cromática de la fibra.