FUENTES ÓPTICAS.

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1 FUENTES ÓPTICAS

2 Tecnología La comunicación óptica es una idea que ha estado rondando durante más de un siglo, pero sólo se hizo factible en los últimos años. Dos desarrollos en el campo de las comunicaciones ópticas pasaron desde la teoría a la práctica. El primero de ellos tuvo lugar en 1960 con la invención del rayo laser. El segundo acontecimiento que impulsó las comunicaciones ópticas fue el desarrollo de fibra de vidrio

3 generación de luz Un fotón es una oscilación o una partícula, una conjunción de ondas, y un paquete de energía electromagnética. Su cuantificación está relacionada con su momento angular constante Los fotones no viajan a través del espacio, ni tienen una estructura fibrosa Los rayos son simplemente una forma probabilística de aproximar la realidad física de la onda.

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5 Efecto fotoeléctrico Son emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre la radiación electromagnética. A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia. Fotoconductividad Efecto fotovoltaico Aumento de la conductividad eléctrica en diodos provocada por la luz. Transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica

6 Sistema de transmisiones ópticas
Diagrama de bloques de un sistema de trasmisiones ópticas

7 Tipos de fuentes ópticas.
DIODO LASER LED Se usan universalmente como fuentes luminosas en los sistemas de comunicaciones ópticas, debido a que ningún otro tipo de fuente óptica puede modularse directamente a las altas velocidades de transmisión. Para anchos de banda grandes y largos enlaces, el láser ofrece un mejor rendimiento. Para distancias cortas y medias con anchos de banda escasos, en donde la baja potencia de salida, la respuesta en frecuencia o la gran anchura espectral no sean factores limitativos, se suele escoger el LED

8 LED. Diodo emisor de luz Las fuentes de luz no coherente LED son una unión p-n polarizada que emiten radiación óptica de acuerdo con la intensidad eléctrica que se haga pasar por la misma. Básicamente existen tres clases de diodos LED utilizados en los sistemas de transmisión de fibra óptica y son:

9 LED de emisión lateral o por el borde, ELED
TIPOS DE LEDS LED de emisión lateral o por el borde, ELED Superficie emisora de luz seméjate a una tira estrecha en el mismo plano de la unión p-n La luz radia de forma transversal haciéndose más directiva y las pérdidas de acoplamiento a la fibra sean menores. LED súper luminiscente, SLD Una de sus caras por donde va a salir la luz es tallada y por tiene una cierta capacidad de reflexión, la otra cara no es tallada, de manera que el efecto laser no se presenta. LED por emisión superficial, SLED Desarrollado para aplicaciones con necesidades altas de velocidad de transmisión (mayores a 100Mbps) Emite luz en muchas direcciones pero concentrando la luz emitida en un área muy pequeña, lo que se conoce como diodo de Burrus.

10 Proceso de emisión Se basa en la recombinación de electrones y huecos en una unión p-n, lo que provoca emisión de fotones. Longitud de onda de la luz emitida Electroluminiscencia ℎ = Cte. de Plank= 6,6255 · Julios por segundos λ= ℎ𝑐 𝐸 C = Velocidad de la luz= 3·108 m/s E= Diferencia de energía En un LED la luz se emite según los 360° que corresponden en una radiación esférica, pero en la práctica esto queda limitado por la construcción mecánica del diodo, la reflexión de la luz en el material metalizado y la absorción en el metal semiconductor. La apertura numérica puede variar desde 0,9 para un LED de gran ángulo hasta 0,2 para uno de estrecho ángulo.

11 Proceso de emisión Un ancho de banda típico para un buen diodo es de 200Mhz. Rendimientos de 50 µW/mA son usuales, y no se requiere corriente umbral. La luz del diodo puede filtrarse, de modo que solamente parte del espectro total pase a la fibra, pero esto se hace a costa de una disminución de la potencia disponible de la fuente de luz

12 Características y usos del LED
Los LEDs se utiliza generalmente en sistemas de comunicación con: Fibras multimodo de apertura numérica alta. Secciones de regeneración pequeña o recorridos cortos como en redes locales o tendidas en pequeñas áreas. Baja velocidades de modulación, función del ancho de banda permitido.

13 LASER. Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación
Fuentes de luz coherente de emisión estimulada con espejos semireflejantes formando una cavidad resonante, para realizar la retroalimentación óptica. Emite haces luminosos estimulados y por lo tanto coherentes. Produce que se aumente la potencia de salida, disminuyan los anchos espectrales y el haz de luz sea mucho más directivo. El funcionamiento del diodo láser lo determinan su composición química y su geometría.

14 tipos de diodos laser FABRY PEROT VCSEL DFB DBR
La red de difracción esta fuera de la zona activa, en donde no circula corriente Los diodos DFB y DBR son utilizados en fibras monomodo y son sensibles a variaciones de temperatura. La red de difracción se distribuye a lo largo de todo el medio activo. 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. Constituido por dos espejos en los extremos de la guía, constituyéndose en una cavidad resonante donde la luz es reflejada y vuelta a reflejar entre los dos espejos a ambos lados del semiconductor. Se utiliza para la transmisión de datos en el retorno La longitud de onda de la red determina la longitud de onda emitida por el láser, en una línea muy fina del espectro Se usa comúnmente con la fibra multimodo.

15 Proceso de emisión El proceso de generación de luz es similar al del LED. Las diferencias radican en el volumen de generación, más pequeño en los diodos laser, y en una alta concentración de portadores inyectados. el espectro de un laser es muy parecido al de un LED, siendo la ganancia típica de 5mW/mA, menor que la ganancia típica de un LED. A partir de una cierta densidad de corriente en la zona activa, la ganancia óptica excede a las pérdidas y la emisión pasa de espontánea a estimulada. La corriente a la que se produce el cambio se denomina umbral. Esta corriente es baja en láser e heteroestructura, entre 50mA y 150mA.

16 características de los Láser.
Láser se utiliza generalmente en sistemas de comunicación con: Potencias ópticas de salida alta. Fibras nomomodo o multimodo. Alta velocidad máxima de modulación y grandes capacidades de transmisión. Gran longitud, donde se requiere alta potencia y baja dispersión en la fibra.

17 DIFERENCIAS ENTRE DIODOS LED E ILD.
Emisión de luz de LED-ILD La curva de respuesta de emisión de LED-ILD

18 Diferencias entre Diodos LED e ILD.
Item LED ILD Tipo de Fibra MM SM, MM Tx de Datos Bajo Alto Tiempo de vida Largo Corto Costo Ventajas de los ILD sobre los LED 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. Eso permite que los ILD proporcionen una mayor potencia de activación, y usarlos en sistemas que funcionen a través de mayores distancias. 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 longitudes de onda.

19 Desventajas de los ILD sobre los LED.
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.

20 Transmisor óptico. Acoplador: Controlador:
Generalmente lo constituye la fuente de alimentación que, en ausencia de modulador externo, permite también modular la fuente óptica Modulador: Los dos principales métodos empleados para variar la señal óptica de salida de los diodos son: La modulación PCM para sistemas digitales y la Modulación AM, para sistemas analógicos Acoplador: Micro lentes para focalizar la luz en la entrada de la fibra

21 Fuente Óptica Las fuentes ópticas son componentes activos en un sistema de comunicaciones por fibra óptica. Los requerimientos principales para una fuente óptica son: 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. Gran capacidad de modulación. Suficiente potencia óptica de salida y eficiencia de acoplamiento. Funcionamiento estable con la temperatura. Confiabilidad. (Tiempo de vida útil). Bajo consumo de energía. Economía.

22 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.

23 Ejemplos de fuentes ópticas
FOM-7900B Fuente de iluminación óptica Es una plataforma de fibroóptica de alto rendimiento de la prueba y del desarrollo con ocho canales que apoyan fuente de laser enchufable y los módulos de interruptor ópticos de fibra. Este sistema proporciona una solución rentable para los usos de prueba del WDM y de CWDM incluyendo EDFA, SOA, Características: 8 canales de módulos de fuente seleccionables por el usuario de laser. Estabilidad de la longitud de onda de ±3pm con estabilidad de la energía de ±0.003dB. Fuentes especificadas cliente del WDM DFB que cubren S, C, y L vendas en hasta 20mW por el canal. Modulación síncrona interna a 500KHz. Módulos de interruptor ópticos de fibra disponibles. Interfaces GPIB/IEEE488 y RS-232.

24 SCH-A20960 Schott-Fostec ha desarrollado esta fuente de iluminación con el propósito adicional de tener una fuente de luz de la máxima duración, haciendo adecuada la combinación de la fibra óptica y los LED para las aplicaciones industriales donde no se debe interrumpir la producción. MODELO Fuente de Iluminació n Color Long. de Onda Dimensiones Control SCH-A20960 LED roja 625 129x197x63mm RS- 232/Ethernet SCH-A blanc a 432 SCH-A verde 525 SCH-A azul 470 Esta fuente viene equipada con un potenciómetro, que permite adaptar la potencia de la luz a su aplicación. Puede incluir opcionalmente un mecanismo de obturación controlable que permite el control desde cualquier sistema externo.