FUENTES ÓPTICAS Univ. Norka Juchani Yana Univ. Katherine Rodriguez Estrella Univ. Steffano B. Cardona Saucedo

ANTECEDENTES La óptica es una disciplina científica derivada de la física, encargada del estudio de la luz y sus distintos fenómenos que son de gran interés para la física, porque los resultados de muchos experimentos se manifiestan por medio del sentido de la vista como fenómenos de colores. Alexander Graham Bell, en 1880, experimentó un aparato al que llamo fotófono. El fotófono era un dispositivo formado con espejos y detectores de selenio, que transmitía ondas sonoras sobre un rayo de luz.

Es impráctica la transmisión de ondas luminosas a través de cualquier distancia útil a través de la atmósfera terrestre, porque el vapor de agua, el oxígeno y las partículas en el aire absorben y atenúan las señales en frecuencias luminosas. En consecuencia, el único tipo práctico de comunicaciones ópticas es el que usa en una guía de fibra.

FOTÓN Es aquella partícula de luz que se propaga en el vacío. Es la partícula responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético, porque es portadora de todas aquellas formas de radiación electromagnética, entre las que se incluyen los rayos gamma, lo rayos X, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, las ondas de radio, las microondas, etc. Un átomo tiene varios estados o niveles de energía. El mínimo nivel es el estado fundamental, el máximo nivel es el estado excitado. Por lo tanto, la energía del fotón es igual a la diferencia entre las energías de los dos niveles.

𝐸= −13.6 𝑒𝑉 ∗ 1 𝑛 𝑓 2 − 1 𝑛 0 2 Donde: 𝑛 𝑓 es el nivel final y 𝑛 0 es el nivel inicial, ocasionando así un cambio de energía en el átomo. Los átomos pueden ser irradiados mediante una fuente luminosa que tenga una energía igual a la diferencia entre el estado fundamental y otro nivel de energía. Esto hace que un electrón cambie de uno a otro nivel de energía. Este proceso de pasar de un nivel a otro se llama absorción y el átomo absorbe un paquete de energía llamado fotón.

Características de los Fotones Es una estructura plana, es decir, es una partícula que no posee masa. No tiene carga eléctrica. Posee una energía dependiendo de la longitud de onda. 𝐸= ℎ𝑐 𝜆 ; donde h = 4.13566733𝑥10 −15 [ 𝑒𝑉 𝑠 ] (constante de Planck), c = 3𝑥10 8 [ 𝑚 𝑠 ] (velocidad de la luz en el vacío) y λ = longitud de onda No se desintegra de manera espontánea en el vacío.

LUZ La luz es una forma de energía que ilumina las cosas, las hace visibles y se propaga mediante partículas llamadas fotones. El estudio de la transmisión de señales ópticas a través de medios guiados, puede ser explicado por dos métodos que son: el de la Óptica geométrica o de rayos y la Óptica física o de ondas.

La primera considera a la luz como partículas que se propagan en línea recta y por lo tanto se puede representar como un rayo, pero que no es posible explicar fenómenos como la difracción e interferencia. Por otro lado la segunda, considera a la luz como un frente de ondas esféricas, sustentada en la teoría de Fresnel, el cual sí explica los fenómenos anteriormente comentados.

Comunicación óptica La información es transportada por una onda electromagnética de alta frecuencia (onda portadora) cuya frecuencia esta desde KHz hasta THz

Efecto fotoeléctrico El efecto fotoeléctrico es el fenómeno en que las partículas de luz llamadas fotón impactan con los electrones de un metal, arrancando sus atamos, el electrón se mueve durante el proceso dando origen a una corriente eléctrica.

Diodo emisor de luz (led) El led es un diodo que se polariza de forma directa y necesita para su funcionamiento una fuente de corriente.

Led de emisión superficial (SLED) Son diodos que emiten por una de sus caras P o N. El tamaño de la región activa del emisor es de 20-50 µm. La fibra esta situada perpendicularmente a la zona activa. El SLED pude funcionar a 250Mbps A una distancia de 0 a 3 Km

Led de emisión por borde o lateral (ELED) El ELED tienen recubrimientos de materiales de gran anchura a la banda prohibida. Provocando que los fotones emitidos viajen a lo largo del LED y se reflecte por el borde del componente Velocidad de 400Mbps

Diodo de inyección laser (ILD) El diodo láser consta de un medio activo capaz de generar un haz láser La palabra laser significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. Existen dos principales tipos de lasers: - Fabry perot - VCSEL

Fabry Perot Es un conjunto de espejos paralelos tales que la luz pueda entrar atreves del lado posterior de un espejo y ser reflejada entre las dos superficies de espejo muchas veces antes de salir finalmente atreves del otro espejo. A este concepto se lo conoce como interferencia constructiva

VCSEL Este laser posee espejos resonadores arriba y debajo de la capa activa produce que la luz resuene perpendicular a la juntura y emerja a través de un área circular en la superficie. Además consume poca potencia y tiene mayor tiempo de vida útil. Se usa comúnmente con la fibra multimodo. VCSEL significa láser emisor de superficie de cavidad vertical

Ventajas y desventajas de los ILD Mejor acople con la fibra óptica por su alta directividad. El ILD tiene mayor potencia de salida que un LED, por tanto se usan para mayores distancias. La tasa de transmisión digital (bits/seg) es más alta que en los LED. Se reduce la dispersión cromática o de longitudes de onda porque generan luz monocromática. DESVENTAJAS El costo es mayor que los LED (alrededor de 10 veces) El tiempo de vida es menor, pues trabajan a mayores potencias Los ILD dependen más de la temperatura que los LED

Diferencias entre los diodos LED e ILD

FUENTE Las fuentes ópticas son componentes activos en la comunicación por fibra óptica cuya función es convertir la energía eléctrica en energía óptica de modo que permita que la salida de la luz sea efectivamente acoplada dentro de la fibra óptica. Una fuente óptica es un conversor electro-óptico que genera un nivel de potencia óptica a longitudes de onda adecuadas.

Requerimientos 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. Relación lineal entre potencia emitida y corriente inyectada. Emitir luz a longitudes de ondas ideales para la fibra óptica. 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.

Media Converter Adecomm 10/100/T a 100Fx tipo “Bridge” El Media Converter 10/100Base-TX to 100/FX Bridge de Adecomm cumple con los estándares IEEE 802.3u, 802.3x, 802.1P. El puerto UTP es “MDI/MDI-X” autonegociable. Sus 6 indicadores de LED muestran, POWER, FX LINK/ACT, 100, TPLINK/ACT, FDX/COL. Función “Link Pass Through” (Apaga PUERTO REMOTO si cae PUERTO LOCAL). “Full Lenght frame” (1600 bytes) bits Del trunking de identificación V-LAN.

Conclusiones Las comunicaciones ópticas transportan información de un lugar a otro ya sea que estén en distancias cortas o largas. El diodo emisor de luz utiliza fibras multimodo a diferencia del diodo laser que utiliza fibras monomodo. Si queremos transportar grandes cantidades de datos a mayores distancias y tenemos mayor presupuesto lo ideal es la transmisión por ILD. La fuente es muy importante en las comunicaciones porque convierte los impulsos eléctricos en señales luminosas pudiendo así transportar la información.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN