FUENTES ÓPTICAS

Diego Alarcón Ramírez Andrés Gonzales Zeballos

ING.FELIX PINTOFIBRA OPTICA

INTRODUCCIÓN

La fibra óptica, o la tecnología óptica, se convierte rápidamente en el método preferido para la transmisión digital. Las fibras ópticas superan las desventajas de las microondas. Presentan un gran ancho de banda.

PRINCIPIO DE GENERACIÓN DEL FOTÓN.

En física moderna, el fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio.

GENERACIÓN DE LA LUZ

Un fotón es una oscilación o una partícula, una conjunción de ondas, y un paquete de energía electromagnética.

Representación esquemática de la interacción entre fotones y electrones en los materiales.

CONVERSIÓN ELÉCTRICA – ÓPTICA

Para transmitir información mediante señales luminosas a través de un conductor (fibra óptica) se requiere que en el punto emisor y receptor existan elementos para convertir las señales eléctricas en ópticas y viceversa.

Un fotón (quantum de energía) tiene una energía

h = constante de Plank γ = Frecuencia del fotón λ = longitud de onda V= velocidad de la luz en el medio

CONVERSION ELECTRICA - OPTICA

En el semiconductor para pasar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción, existe energía absorbida por incidencia de un fotón. Proceso inverso se realiza para liberar fotones.

E=EC - EV

Donde:EC energía de un electrón, cuando se encuentra en la banda de conducciónEV energía de un electrón, cuando se encuentra en la banda de valencia

CONVERSION ELECTRICA - OPTICA

Cuando se libera un fotón se lo puede hacer de dos maneras: espontánea o estimulada.

En la emisión espontánea no existe ningún medio externo que induzca al electrón pasar de la banda de conducción a la banda de valencia. En la emisión estimulada un fotón induce a que el electrón pase a su estado de reposo, liberando un fotón, en cuyo caso se dice que existe amplificación, si además existe retroalimentación y un elemento de selectividad, se logrará tener emisiones coherentes (mediante espejos).

FUENTES ÓPTICAS

La fuente es la que genera los impulsos luminosos a partir de la señal eléctrica y se lo conoce un diodo semiconductor.

Las fuentes de luz convierten la energía eléctrica en energía óptica, es decir, convertir electrones a protones.

Hay dos tipos básicos de fuentes de energía:• LED- Light-Emitting Diodes• Laser diodes.

TIPOS DE FUENTES ÓPTICAS

LED (Light Emitting Diode)

(Diodo Emisor de Luz) LASER (Light

Amplification by Simulated Emission of Radiation)

(Amplificación de Luz por Estimulación de Emisión de Radiación)

LAS CARACTERÍSTICAS QUE PRESENTAN SON:

La velocidad La alimentación Acoplamiento de la eficiencia La direccionalidad El ancho espectral Coherencia El costo

PARTICULARIDADES Se puede decir, que los

LED tienen anchos espectrales de, 30 a 50 nm, mientras que los láseres de inyección solo tienen anchos espectrales de 1 a 3 nm (1 nm equivale a una frecuencia aproximada de 178 GHz). Una fuente luminosa de 1320 nm.

Las longitudes de onda más utilizadas son:850 nm, 1310 nm, 1550 nm.

LED- Light-Emitting Diodes

Se utilizan en la emisión de señales de luz que se transmiten a través de fibra óptica.

Han sido utilizados por su bajo costo.

DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

Un diodo emisor de luz (LED) es un dispositivo semiconductor que al pasar una corriente por él emite luz incoherente, a través de emisión espontánea.

La emisión espontánea de luz en el semiconductor LED produce ondas de luz cuya fase no es uniforme. Se llama incoherente a las ondas de luz cuyas fases no son uniformes.

LED DE HOMOUNIÓN

Una unión p-n formada con dos mezclas distintas de igual tipo de átomos se llama estructura de homounión. Las estructuras más sencillas de LED son las de homounión y de crecimiento epitaxial, o dispositivos semiconductores de un solo semiconductor difundido.

LED DE HETEROUNIÓN Los LED de heterounión se

fabrican con material semiconductor tipo p de un conjunto de átomos, y material semiconductor tipo n, de otro conjunto.

LED DE SUPERFICIE EMISORA Y POZO GRABADO DE BURRUS

Es un LED de superficie emisora, y se ve en la fig. Emite luz en muchas direcciones, y ayuda a concentrar la luz emitida en un área muy pequeña. También se puede poner lentes en domo, sobre la superficie emisora, para dirigir la luz hacia un área menor.

LED EMISORES DE BORDE

El LED emisor de borde, desarrollado por la RCA, Estos LED emiten una distribución más direccional de luz que los LED de superficie emisora. La fabricación se parece a los diodos planos y de Burrus, pero la superficie emisora es una banda, más que un área circular confinada. La luz de emite de una banda activa y forma un haz elíptico.

CARACTERÍSTICAS DE LOS LEDS

Diodos laser: Es un dispositivo semiconductor que emite luz

láser. Se utiliza para la comunicación de datos por

fibra óptica. Es la más utilizada actualmente debido a que

focaliza más las señales de luz y permite un mayor alcance de la misma.

LASER (LIGHT AMPLIFICATION BY SIMULATED EMISSION OF RADIATION)

Los diodos láser son semiconductores complejos que convierten una corriente eléctrica en luz.

Láser es el acrónimo de amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. La emisión estimulada se produce cuando el diodo semiconductor es bombeado con fotones. Al pasar un fotón por el medio se genera otro fotón que tiene la misma frecuencia, fase y dirección que el primero. La luz generada es coherente y está focalizada.

TIPOS DE LASER

Los tipos de laser son: Laser de gas Laser de liquido Laser de sólido Laser de semiconductor

LÁSER DE GAS

Los láseres de gas usan una mezcla de helio y neón encerrada en un tubo de vidrio. Cuando se descarga una corriente en el gas se emite un flujo de ondas luminosas coherentes (de una frecuencia) a través del acoplador de salida. La salida de onda luminosa continua es monocromática (de un valor).

LÁSER DE LÍQUIDO.

En estos láseres se usan colorantes orgánicos encerrados en un tubo de vidrio, como medio activo. El colorante se hace circular con una bomba dentro del tubo. Un pulso poderoso de luz excita al colorante orgánico.

LÁSER DE SÓLIDO.

En ellos se usa un cristal cilíndrico y macizo, como el rubí, como medio activo. Cada extremo del rubí esta pulido y paralelo al otro. El rubí se excita con una lámpara de tungsteno conectada a una fuente de poder de corriente alterna. La salida del láser es una onda continua.

LÁSER DE SEMICONDUCTOR.

Estos láseres se fabrican con semiconductores de unión p-n y se suelen llamar diodos de laser de inyección (ILD, de injection laser diode). El mecanismo de excitación es un suministro de corriente directa que controla la cantidad de corriente al medio activo. La luz de salida de un ILD se modula con facilidad, y eso lo hace muy útil en muchas aplicaciones de comunicaciones electrónicas.

CARACTERÍSTICAS DE LOS LÁSER

PROCESO DE EMISION EMISORES DE LUZ: LED Y LASER.- Ambos son semiconductores

de estado sólido y emiten espontáneamente luz cuando se los somete a una corriente eléctrica.

La potencia del LED es inferior a la del LASER. El problema es que el LASER requiere de un conjunto de circuitos de enfriamiento, dado el elevado calor. De ambos, el LASER es más caro, aunque evidentemente es el mejor. El ancho espectral del LED y del LASER varían, el LASER particularmente tiene un ancho espectral menor, lo que significa que tiene mayor potencia y viceversa

DIFERENCIAS ENTRE DIODOS LED E ILD

DIFERENCIAS ENTRE DIODOS LED E ILD

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ILD SOBRE LOS LED

VENTAJAS Como los ILD tienen una distribución de irradiación más

dirigida, es más fácil de acoplar su luz en una fibra óptica. Esto reduce las perdidas por acoplamiento y permite usar fibras más pequeñas.

Los ILD se pueden usar a frecuencias mayores de bits que los LED.

Los ILD generan luz monocromática, lo cual reduce la dispersión cromática o de longitudes de onda.

DESVENTAJAS  Los ILD cuestan normalmente 10 veces más que los LED. Como los ILD trabajan con mayores potencias, suelen tener

duraciones mucho menores que los LED. Los ILD dependen más de la temperatura que los ILD.

GRACIAS…