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Estudiantes: Adhemir S. Quino Rivera Ruddy A. Rojas Cornejo. FUENTES ÓPTICAS. PRINCIPIO DE GENERACIÓN DEL FOTÓN.
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Estudiantes: Adhemir S. Quino Rivera Ruddy A. Rojas Cornejo FUENTES ÓPTICAS
PRINCIPIO DE GENERACIÓN DEL FOTÓN • En física moderna, el fotón (griego luz) 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. • Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10-19 julios; esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la visión.
GENERACIÓN DE LA LUZ • En fuentes ópticas para uso en sistemas de comunicación por fibra óptica envuelve la transformación de un electrón que está en un estado excitado (mayor nivel de energía) para un estado menos excitado (menor nivel de energía). Este tipo de generación es un proceso comúnmente llamado de proceso cuántico. La liberación de energía es realizada en la forma de fotones. El fotón es el menor valor de energía de un proceso cuántico. Sin embargo, la energía de un fotón depende de la longitud de onda de la radiación asociado al fotón.
TRANSMISOR ÓPTICO • Controlador: Fuente de alimentación. • Modulador: Modulación PCM - modulación AM. • Acoplador: Focaliza la luz. • Fuente óptica: La función es convertir energía eléctrica en energía óptica.
FUENTES ÓPTICAS • La fuente que genera los impulsos luminosos a partir de la señal eléctrica es un diodo semiconductor en el que la radiación luminosa está basada en la emisión de fotones debido a la recombinación de pares de electrón hueco provocando al circular una corriente por la unión p-n. • Una fuente óptica es un conversor electro-óptico que genera un nivel de potencia óptica a longitudes de onda adecuadas.
REQUERIMIENTOS DE FUENTES ÓPTICAS • Dimensiones compatibles con el de la fibra. • Linealidad en la característica de conversión electro – óptica. • Características de emisión compatible con las características de transmisión de la fibra óptica. • Suficiente potencia óptica de salida y eficiencia de acoplamiento. • Funcionamiento estable con la temperatura. • Confiabilidad. (Tiempo de vida útil). • Bajo consumo de energía.
CARACTERÍSTICAS • Convierte impulsos eléctricos en señales luminosas. • Genera luz compuesta por corpúsculos de energía o cuantos de luz. (fotones) • Las longitudes de onda más utilizadas son:850 nm, 1310 nm, 1550 nm.
TIPOS DE FUENTES ÓPTICAS • LED (Light EmittingDiode) (Diodo Emisor de Luz) • LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) (Amplificación de Luz por Estimulación de Emisión de Radiación)
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 emisión lateral o por el borde, ELED. • Este tipo de LED presenta una superficie emisora de luz seméjante a una tira estrecha en el mismo plano de la unión p-n, consiguiendo así que la luz radie de forma transversal haciéndose mas directiva y las pérdidas de acoplamiento a la fibra sean menores.
LED súper luminiscente, SLD • Su particularidad radica en que una de sus caras por donde va a salir la luz es tallada y tiene una cierta capacidad de reflexión, la otra cara no es tallada, de manera que el efecto laser no se presenta pero hay una cierta amplificación.
LED por emisión superficial, SLED. • Fue desarrollado para aplicaciones con necesidades altas de velocidad de transmisión (mayores a 100Mbps). Este tipo de LED emite luz en muchas direcciones pero concentrando la luz emitida en un área muy pequeña. Son más eficientes que los anteriores y permiten que se acople más potencia en la fibra óptica. Sin embargo, son más costosos y difíciles de elaborar.
LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) • Los diodos láser son semiconductores complejos que convierten una corriente eléctrica en luz. • El laser se caracteriza por emitir haces luminosos estimulados y por lo tanto coherentes, lo que produce que se aumente la potencia de salida, disminuyan los anchos espectrales y el haz de luz sea mucho mas directivo.
FabryPerot. • Este diodo laser está constituido por dos espejos en los extremos de la guía, constituyéndose en una cavidad resonante en donde la luz es reflejada y vuelta a reflejar entre los dos espejos a ambos lados del semiconductor, presenta algo de inestabilidad en la potencia de salida y se utiliza para la transmisión de datos en el retorno.
VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) • El laser emisor de superficie de cavidad vertical posee espejos resonadores arriba y abajo de la capa activa, lo que produce que la luz resuene perpendicular a la juntura y emerja a través de un área circular en la superficie. Posee menor corriente de umbral a la cual se presenta el efecto laser, además consume poca potencia y tiene mayor tiempo de vida útil. Se usa comúnmente con la fibra multimodo.
DFB (DistributedFeedBack Laser) • En el laser de retroalimentación distribuida la red de difracción se distribuye a lo largo de todo el medio activo. La longitud de onda de la red determina la longitud de onda emitida por el laser, en una línea muy fina del espectro.
DBR (DidtributedBragg Reflector) • El reflector de Bragg distribuido, en este dispositivo la red de difracción esta fuera de la zona activa, en donde no circula corriente (parte pasiva de la cavidad). • Los diodos DFB y DBR son utilizados en fibras monomodo y son sensibles a variaciones de temperatura.
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
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ILD SOBRE LOS LED VENTAJAS • Como los ILD tienen una dirección de irradiación mas dirigida, es más fácil de acoplar su luz en una fibra óptica. Esto reduce las perdidas por acoplamiento y permite usar fibras más pequeñas. • La potencia de salida radiante de un ILD es mayor que la de un LED. Una potencia normal de salida de un ILD en 5mW (7dBm), en comparación con 0.5mW (-3dBm) para el LED. Eso permite que los ILD proporcionen una mayor potencia de activación, y usarlos en sistemas que funcionen a través de mayores distancias. • Los ILD generan luz monocromática, lo cual reduce la dispersión cromática o longitudes de onda. DESVENTAJAS • Los ILD cuestan normalmente 10 veces más que los LED. • Como los ILD trabajan con mayores potencias, suelen tener duraciones menores que las de los LED. • Los ILD dependen más de la temperatura que los LED.
EQUIPOS DE FUENTES OPTICAS Fuente de láser óptico SimpliFiber de Linealidad de las mediciones ±0,1 dB3 (1.310 nm y 1.550 nm) SimpliFiber1310 1.310 nm. Comprobación de fibra ±0,2 dB4 (850 nm). Especificaciones del entornoFuente Fuente de láser óptico SimpliFiber de Temperatura de funcionamiento: De 0° a 40° C SimpliFiber 1550 1.550 nm. Comprobación de fibra
