FUENTES OPTICAS

1. ANTECEDENTES:

El protagonista por excelencia de la revolución electrónica ha sido una partícula fundamental, el electrón; y todos los recursos de la ciencia y la tecnología se han empleado para mejorar las condiciones de transporte y control del mismo. Desde la década de los años 60 del siglo pasado con la invención del láser y de la fibra óptica surgió un nuevo competidor para el electrón: el fotón. En 1905 Albert Einstein lanza por primera vez la idea de que la luz está compuesta por corpúsculos de energía o cuantos de luz, a los que más tarde se les conocería como fotones.

2. INTRODUCCION:

Los fotones tienen la ventaja sobre los electrones de que no tienen carga ni masa en estado de reposo, por lo que su capacidad de transportar información es mucho más eficiente y rápida, ya que no tienen perturbaciones al interactuar con otros portadores de su espacio o con el medio; así es como la transmisión de información por fibra óptica es mucho más eficiente que por cables eléctricos.

Como en óptica moderna se da ahora igual énfasis a los aspectos de fotón y de onda de la radiación óptica, este término Fotónica refleja la importancia de ambos aspectos en el entendimiento de nuevos desarrollos que el Láser ha traído al campo, como el desarrollo de fibras ópticas y tecnología de semiconductores para emisores y detectores ópticos. Así el término Fotónica refleja la importancia de la naturaleza de fotón de la luz en la descripción de la operación de muchos dispositivos ópticos.

3. MARCO TEORICO:

3.1. PRINCIPIO DE GENERACION DEL FOTON

En física moderna, el fotón (Griegoφῶς, φωτός [luz], y -ón) 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. El fotón tiene una masa invariante cero, [1] y viaja en el vacío con una velocidad constante . Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión.

Donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz, y es la longitud de onda. Esto difiere de lo que ocurre con las ondas clásicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias de energía. Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10-19julios; esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la visión. [2]Además de energía, los fotones llevan también asociada una cantidad de movimiento o momento lineal, y tienen una polarización. Siguen las leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para un fotón dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarización, posición, o cantidad de movimiento. Por ejemplo, aunque un fotón puede excitar a una molécula, a menudo es imposible predecir cuál será la molécula excitada.

La descripción anterior de un fotón como un portador de radiación electromagnética es utilizada con frecuencia por los físicos. Sin embargo, en física teórica, un fotón puede considerarse como un mediador para cualquier tipo de interacción electromagnética.La discusión sobre la naturaleza de la luz se remonta hasta la antigüedad. En el siglo XVII, Newton se inclinó por una interpretación corpuscular de la luz, mientras que sus contemporáneos Huygens y Hooke apoyaron la hipótesis de la luz como onda. Experimentos de interferencia, como el realizado por Young en el siglo XIX, confirmaron el modelo ondulatorio de la luz.

La idea de la luz como partícula retornó con el concepto moderno de fotón, que fue desarrollado gradualmente entre 1905 y 1917 por Albert Einstein[3][4][5][6] apoyándose en trabajos anteriores de Planck, en los cuales se introdujo el concepto de cuánto. Con el modelo de fotón podían explicarse observaciones experimentales que no encajaban con el modelo ondulatorio clásico de la luz. En particular, explicaba cómo la energía de la luz dependía de la frecuencia (dependencia observada en el efecto fotoeléctrico) y la capacidad de la materia y la radiación electromagnética para permanecer en equilibrio térmico.Otros físicos trataron de explicar las observaciones anómalas mediante modelos "semiclásicos", en los que la luz era descrita todavía mediante las ecuaciones de Maxwell, aunque los objetos materiales que emitían y absorbían luz estaban cuantizados. Aunque estos modelos semiclásicos contribuyeron al desarrollo de la mecánica cuántica, experimentos posteriores han probado las hipótesis de Einstein sobre la cuantización de la luz (los cuantos de luz son los fotones).El concepto de fotón ha llevado a avances muy importantes en física teórica y experimental, tales como la teoría cuántica de campos, el condensado de Bose-Einstein y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, y a inventos como el láser.De acuerdo con el modelo estándar de física de partículas los fotones son los responsables de producir todos los campos eléctricos y magnéticos, y a su vez son el resultado de que las leyes físicas tengan cierta simetría en todos los puntos del espacio-tiempo. Las propiedades intrínsecas de los fotones (masa invariante y espín ) están determinadas por las propiedades de la simetría de Gauge.Los fotones se aplican a muchas áreas, como la fotoquímica, el microscopio fotónico y la medición de distancias moleculares. Incluso se los ha estudiado como componentes de computadoras cuánticas y en aplicaciones sofisticadas de comunicación óptica como por ejemplo en criptografía cuántica.

La generación de luz en fuentes ópticas usuales para uso en sistemas de comunicación por fibra óptica envuelve la transición de un electrón que está en un estado excitado E2 (mayor nivel de energía) para un estado menos excitado E1 (menor nivel de energía). Este tipo de generación es un proceso discretizado más comúnmente llamado de proceso cuántico. La liberación de energía es realizada en la forma de fotones. El fóton es el menor valor de energía de un proceso cuántico. Sin embargo, la energía de un fóton depende de la longitud de onda de

la radiación asociado al fóton. Dos tipos de transición son envueltas en los procesos de radiación: transición espontánea y transición estimulada. Para una mejor comprensión de la interacción entre radiación y materia, la figura 3.4 presenta una representación de los tres esquemas de interacción entre fotones y electrones.

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

En un semiconductor, diversos procesos de recombinación de portadores de carga son posibles y son agrupados en dos grandes clases: recombinación no radiactiva y recombinación radiactiva. En la recombinación no radiactiva, la energía liberada por la recombinación de portadores de carga es liberada bajo la forma de calor. En el caso de la recombinación radiactiva, la energía es liberada bajo forma de fotones. Cual de estos procesos va a ser el proceso dominante depende de las condiciones y del material semiconductor. La recombinación radiactiva puede generar luz a través de los procesos de emisión espontánea y emisión estimulada Los tipos de recombinación más importantes son: recombinación no-radiactiva de centros atractivos, recombinación no-radiactiva de Auger, recombinación radiactiva espontánea y recombinación radiactiva estimulada. La recombinación no-radiactiva de centros atractivos es el resultado de una transición envolviendo átomos de impurezas. Cuando se introduce átomos de impurezas en la red cristalina, se crean niveles de energía dentro de la zona prohibida, prójimos al bordillo de la banda de conducción o de la banda de valencia, capaces de provocar mayor conductividad. Existen, sin embargo, átomos de impurezas que no influencian tanto la

conductividad, pero influencian los procesos de generación y recombinación de pares, siendo por eso llamados de centros de recombinación. Tales átomos presentan niveles de energía prójimos al centro de la zona prohibida. El modelo de Shockley-Read-Hall describe la tasa de recombinación de este fenómeno.

Para densidades de portadores de carga en la banda de 1018 cm-3, como requerida para operación de las fuentes ópticas, se tiene tiempo de vida medio de los portadores de carga, en la banda de nanosegundos. Tiempos de vida considerablemente menores que los discutidos arriba pueden ser obtenidos con dispositivos de pozos cuánticos, donde el espesor de la capa activa es de la orden de nanómetros , comparada con las varios centenares de nanómetros de los dispositivos de cuerpo, "bulk". La manera más eficiente de obtenerse recombinaciones radiactivas es a través del uso de semiconductores de banda prohibida directa, o sea la transición de un electrón de la banda de conducción para la banda de valencia es hecha directamente. Los semiconductores en que el fondo de la banda de conducción y el tope de la banda de valencia están alineados son llamados de semiconductores de banda prohibida directa. En este semiconductores, la recombinación radiactiva es más probable de ocurrir que la recombinación no-radiactiva y tense una buena eficiencia de conversión de corriente electrónica en luz. Ejemplos de esos semiconductores son los GaAs y el InP. Los semiconductores Ge y Sí son semiconductores de banda prohibida indirecta y el proceso de recombinación más probable en estos casos es por emisión de fonones (vibraciones de la red). Los procesos de recombinaciones radiactivas ocurren en general en la región de la unión PN. Sin embargo, debido las dimensiones de esta región, el proceso es muy poco eficiente. Un modo de mejorar la eficiencia es utilizar heterouniones. La heterounión es realizada por adición de una interfaz entre dos cristales semiconductores de energías de gap diferentes. Dispositivos basados en este tipo de estructura son llamados de heteroestructuras. El uso de heterouniones causa un confinamiento de portadores de carga en la región activa. Generalmente, la región activa tiene un mayor índice de refracción que las demasiadas regiones. Esto causa un confinamiento de los fotones generados en la región. La mayoría de los dispositivos emisores de luz hechos actualmente para uso en sistemas de comunicación por fibra óptica es formado por una doble heterouniones

3.2. GENERACION DE LA LUZ

Un fotón es una oscilación (una partícula, una conjunción de ondas, y un paquete de energía) de energía electromagnética. Su aspecto de partícula está relacionado con su momento lineal (su existencia como partícula) y la presión que ejerce sobre la materia adyacente. Su cuantificación está relacionada con su momento angular constante, y su energía cuantificada forma dos espectros diferentes - de cuerpo negro y ionizante. Los fotones no viajan a través del espacio, ni tienen una estructura fibrosa. Los fotones son globulares, no fasciculares, y son creados y destruidos al momento - son producciones locales. Los rayos son simplemente una forma probabilística de aproximar la realidad física de la onda de fase o de excitación que transmite a través del espacio el estímulo indirecto para la producción de luz. En el caso de fotones de cuerpo negro, siempre tiene que intervenir un intermediario entre la onda de fase y la producción de fotones, o luz; el intermediario es siempre una carga con masa.

3.3. FUENTE OPTICALas fuentes ópticas son componentes activos en un sistema de comunicaciones por fibra óptica, cuya función es convertir la energía eléctrica en energía óptica, de manera eficiente de modo que permita que la salida de luz sea efectivamente inyectada o acoplada dentro de la 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.

4. TIPOS DE FUENTES OPTICASExisten dos tipos de fuentes ópticas de semiconductor:

Diodo emisor de luz (LED: Light-Emitting Diode) Láser semiconductor (ILD: diodo láser o láser de inyección)

4.1. DIODOS EMISORES DE LUZ:Un diodo emisor de luz (LED, Light emitting Diode) es un diodo de unión p-n fabricado casi siempre con un material semiconductor como el arseniuro de aluminio y galio (ALGaAs) o el arseniuro fosfuro de galio (GaAsP). Los LED emiten luz por emisión espontanea: la luz se emite como resultado de recombinación de electrones con huecos. Cuando tienen polarización directa. Los portadores minoritarios se inyectan a través de la unión p-n. Una vez atravesada la unión esos portadores minoritarios se re-combinan con portadores mayoritarios y desprenden energía en forma de luz. Este proceso es esencialmente el mismo que en un diodo semiconductor convencional, pero los LED se eligen ciertos materiales semiconductores y dopantes tales que el proceso es radiativo: esto es, que se produce un fotón. Este es un cuanto de energía de onda electromagnética. Los fotones son partículas que viajan a la velocidad de la luz, pero que en reposo no tienen masa. En los diodos semiconductores convencionales (por ejemplo, de germanio y de silicio), el proceso es principalmente no radiativo, y no se generan fotones, La banda prohibida del material que se usa para fabricar un LED determina el color de la luz que emite, y si la luz

emitida es visible al ojo humano. Para producir los LED, se forman semiconductores con materiales cuyos átomos tienen tres o cinco electrones de valencia: se conocen como átomos de grupo III o del grupo V, respectivamente, por su lugar en la tabla periódica de los elementos. Para producir longitudes de onda de luz en la región de 800 nm. Los LED son de átomo de grupo III, como por ejemplo, galio (Ga) y Aluminio (Al), y un átomo de grupo V, como el Arsénico (As). La unión que se forma se abrevia GaAlAs, que indica arseniuro de galio y aluminio. Para longitudes de onda mayores, el galio, junto con el indio (In), un átomo de grupo III, se combinan con átomos de fosforo (P) y arsénico. Del grupo V, con lo que se forma arseniuro fosfuro de galio e indio (GaInAsP). En la tabla siguiente se indican algunos materiales semiconductores comunes que se usan para fabricar LED, con sus respectivas longitudes de onda.

LED DE HOMOUNIÓN: Una unión p-n formada con dos mezclas distintas de igual tipo de

átomos se llama estructura de homounion. Las estructuras mas sencillas de LED son las de Homounion y de crecimiento epitaxial o dispositivos semiconductores de un solo semiconductor difundido, como los dos que se ven en la fig. 1 Los LED de crecimiento epitaxial se fabrican por lo general con Arseniuro de galio dopado con silicio. Una longitud de onda normal emitida con esta estructura es de 940 nm, y la potencia normal de salida es aproximadamente 2 mW (3 dBm)a 100 mA de corriente directa. Las ondas luminosas producidas en fuentes de homounion no producen una luz muy útil para fibra óptica. La luz se emite en todas las direcciones por igualy en consecuencia solo una pequeña fracción del total de la luz producida se acopla en la fibra. Además la relación de electricidad convertida en luz es muy baja. A los dispositivos de homounion se los llama con frecuencia emisores superficiales.Los LED de homounion de difusión plana (Fig. 1) producen más o menos 500 uW a 900 nm de longitud de onda. La principal desventaja de los LED de homunion es la no direccionalidad de su luz emitida, lo que hace que sean malas opciones como fuente luminosa para sistemas de fibra óptica.

Estructuras de LED de homunión: (a) Arseniuro de Galiodopado con Silicio (b) Difusión plana

LED DE HETERO UNIÓN: Los LED de heterounion se fabrica con material semiconductor del tipo p de un conjunto de tomos, y el material semiconductor tipo n, de otro conjunto. Los dispositivos de heterounion están estratificados (normalmente dos capas) de tal manera que se amplía el efecto de concentración. Así se produce un dispositivo que se confina a los electrones, los huecos portadores y la luz en un área mucho menor. La unión se suele fabricar con un substrato de material de respaldo, para después emparedarse entre contactos metálicos con los que se conecta el dispositivo a una fuente de electricidad.Con los dispositivos de heterounion la luz se emite desde la orilla del material y en consecuencia, se les llama emisores de borde. Un LED heterounion plana se parece mucho al LED de crecimiento epitaxial excepto que el diseño geométrico es tal que se concentra la corriente directa en un área muy pequeña de la capa activa.

LED de heterounion plana

Los dispositivos de heterounion tienen las siguientes ventajas sobre los de homounion:

1. El aumento de densidad de corriente genera una mancha luminosa más brillante.2. La menor área emisora facilita acoplar la luz emitida a una fibra.3. La pequeña área efectiva tiene menor capacitancia, lo que permite usar el LED de

heterounion a mayores velocidades

LED DE SUPERFICIE EMISORA Y POZO GRABADO DE BURRUS: Para las aplicaciones mas practicas como en telecomunicaciones, se requieren velocidades de datos mayores que 100 Mbps. Para estas aplicaciones se desarrollo el LED de pozo grabado, por parte de Burrus y Dawson, de los Bell Laboratories. Es un LED de superficie emisora, y se lo muestra en la (Fig.4) emite luz en muchas direcciones y ayuda a concentrar la luz emitida en un área muy pequeña. También se pueden poner lentes en domo, sobre la superficie emisora para dirigir la luz hacia un área menor. Estos dispositivos son más eficientes que los emisores normales de superficie, y permiten acoplar mas potencia a la fibra óptica pero su fabricación es difícil y costosa.

LED de Burrus, de superficie emisora y pozo grabado

LED EMISORES DE BORDE: El LED emisor de borde desarrollado por la RCA emiten una distribución más direccional de la 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 se emite de una banda activa y forma un haz elíptico. Los LED de superficie emisora se usan con más frecuencia que los emisores de borde por que emiten más luz. Sin embargo las pérdidas de los acoplamientos de los emisores de superficie son mayores y tienen anchos de banda más angostos.

La potencia luminosa radiante que emite un LED es una función lineal de la corriente directa que pasa por el dispositivo. También se ve que la potencia óptica de salida de un LED es, en parte, una función de la temperatura de funcionamiento.

4.2. DIODO DE LÁSER DE INYECCIÓN:

Construcción de un diodo láser de inyecciónLos láseres se fabrican con muchos y diversos materiales, que incluyen gases, líquidos y sólidos, aunque el tipo de láser que se usa con más frecuencia para las comunicaciones de fibra óptica es el laser de semiconductor.

El diodo de laser de inyección (ILD, de injection laser diode) se parece al LED. De hecho, por debajo de cierta corriente de umbral, un ILD funciona en forma parecida a un LED. Arriba de la corriente de umbral, un ILD oscila y se produce la emisión laser. Al pasar la corriente por un diodo de unión p-n de polarización directa, se emite luz por emisión espontanea, a una frecuencia determinada por la banda prohibida del material semiconductor. Cuando se llega a determinado valor de corriente, la cantidad de portadores minoritarios y de fotones que se producen en ambos lados de la unión p-n llega a un valor en el que comienzan a chocar portadores minoritarios ya excitados. Esto causa un aumento en el nivel de la energía de ionización y hace que los portadores sean inestables. Al suceder eso, un portador normal se re combina con un portador del tipo contrario a un valor de la energía que es mayor que su valor normal antes del choque. En el proceso se crean dos fotones; Uno es el estimulado por el otro. En esencia, se realiza una ganancia en la cantidad de fotones. Para que eso suceda se requiere una gran corriente directa que pueda suministrar muchos portadores (huecos y electrones).

La fabricación de ILD se parece a la de un LED excepto que n los extremos están muy pulidos. Los extremos con acabado de espejo atrapan los fotones en la región activa y, al reflejarse de un lado a otro, estimulan a electrones libres, para recombinarse con huecos a un valor de energía mayor que el normal. Este es el proceso llamado laser o estimulación de emisión.

La potencia luminosa radiante de salida de un ILD típico. Se aprecia que se tiene muy poca potencia de salida hasta que se llega a la corriente umbral; entonces produce la estimulación. Después de iniciada la estimulación, la potencia óptica de salida aumenta en forma dramática, con pequeños aumentos en la corriente de activación. También se ve que en la magnitud de potencia óptica de salida del ILD depende más de la temperatura de funcionamiento que en el caso del LED.

Potencia de salida en función de la corriente directaY la temperatura en un ILD

LÁSER SEMICONDUCTOR

A través del mecanismo de emisión estimulada, se consigue:

Alta potencia ~ 100 mW Emisión angular estrecha, permitiendo buen factor de acoplamiento de energía a la fibra

(50%) Ancho espectral angosto, permitiendo tasas de transmisión altas (10 Gb/s), debido a

limitación por la dispersión de la fibra. Modulación a alta frecuencia (25 GHz), debido a tiempos cortos de recombinación,

asociados con la emisión estimulada.

Conceptos necesarios para entender operación del Láser:

Ganancia óptica Feedback óptico.

GANANCIA ÓPTICA

Para que la emisión estimulada sea dominante es necesario que se cumpla la condición de inversión de la población. Esto se logra dopando fuertemente las junturas ny pde tal manera que los niveles de Fermi superen el band-gap.

Se dice que la región activa presenta ganancia óptica cuando la densidad de portadores injectada supera el nivel umbral (valor de transparencia) y se realiza la inversión de población.

Se define el coeficiente de ganancia g, que según e(g·z ) se puede calcular cuánto se amplifica una señal al propagarse dentro de la región activa

Se necesita que g > 0 para que la inversión de población se produzca.

El valor máximo de g varía linealmente con N, según:

NT : valor de transparencia

σ g : ganancia de la sección transversal

a) Espectro de ganancia de un láser InGaAsP, en 1.3µm, a distintas densidades de portadores (N)

b) Variación de la ganancia peak con N.

FEEDBACK OPTICO

Se coloca el medio con ganancia entre 2 espejos (cavidad Fabry-Perot (FP)) ⇒oscilador

REFLECTIVIDAD

Umbral de corriente del láser: nivel mínimo que permite la mínima ganancia necesaria (compensación de pérdidas)

Ecuación de la onda plana, en la cavidad FP, en estado estacionario:

Igualando amplitud y fase a ambos lados:

CONCLUSIONES:

Ganancia = pérdidas Frecuencias de modos longitudinales (nL)

Espaciamiento entre modos longitudinales: [100-200] GHz, para L=[200-400] µm

Láser FP emite luz en muchas longitudes de onda

En la práctica no sólo el modo dominante alcanza umbral: láser multimodo (limita BL)

ESTRUCTURA DEL LÁSER

La estructura más simple de un láser semiconductor es una pequeña capa activa intercalada entre 2 capas cubiertas (tipo py n) de otro semiconductor con una bandap más alta.

La hetero-juntura es polarizada directamente a través de junturas metálicas.

Tales láseres son llamados láseres semiconductores de área ancha, ya que la corriente es inyectada sobre el ancho entero del chip (~ 100 µm).

Como se dijo la capa activa actúa como una guía de onda plana debido a que su índice refractivo es más grande que el de las capas cubiertas circundantes (∆n ≈ 0.3).

Similar al caso de fibras ópticas, soporta un cierto número de modos, conocidos como modos transversales.

En la práctica la capa activa es lo suficientemente delgada (~ 0.1 µm) como para soportar sólo un modo transversal.

Las principales desventajas son un relativamente alto umbral de corriente y un patrón espacial que es altamente elíptico y que cambia de modo incontrolable con la corriente.

Esto problemas se solucionan al introducir un mecanismo para el confinamiento de la luz en la dirección lateral, se clasifican en dos categorías:

Láseres semiconductores de ganancia guiada. Láseres semiconductores de índice guiado

LASER SEMICONDUCTOR DE GANANCIA GUIADA

Un simple esquema resuelve el problema del confinamiento de la luz al limitar la inyección de corriente sobre una franja angosta.

Tales láseres son conocidos como láseres semiconductores de geometría de franja.

Existen 2 posibles estructuras:

1.-Un dieléctrico es depositado sobre la capa-p con una abertura central a través de la cual la corriente es inyectada.

2.-Una capa tipo-n es depositada encima de la capa tipo p. La difusión del Zn en la región central convierte la región tipo-n en tipo-p.

LASER SEMICONDUCTOR DE ÍNDICE GUIADO

El problema del confinamiento de la luz se resuelve al introducir ∆nL en dirección lateral, tal que se forme una guía de onda similar a la de dirección transversal por el diseño de heteroestructura.

Tales láseres pueden ser sub-clasificados como láseres semiconductores deíndice guiado débiles y robustos, dependiendo de la magnitud de ∆nL.

LASER SEMICONDUCTOR DE ÍNDICE DÉBILES RIDGE WAVEGUIDED LASER:

Se deposita una capa de SiO2 para bloquear la circulación de corriente e inducir un débil índice guiado. Ya que el índice de refracción del SiO2 es más pequeño que la de la región p, el índice efectivo del modo transversal es diferente en las dos regiones resultando en un ∆nL~ 0.01.

LASER SEMICONDUCTOR DE ÍNDICE ROBUSTO

La región activa tiene dimensiones ~ 0.1x1 µm2 encerrada por todos los lados de capas de índices refractivos más bajos, por esto se denominan heteroestructura encerradas.

Ventajas de los ILD

o 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.

o 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 lo LED. Eso permite que los ILD proporcionen una mayor potencia de activación, y usarlos en sistemas que funcionen a través de mayores distancias.

o Los ILD se pueden usar a frecuencias mayores de bits que los LED.o Los ILD generan luz monocromática, lo cual reduce la dispersión cromática o longitudes de

onda.

Desventajas de los ILD

o Los ILD cuestan normalmente 10 veces más que los LED.o Como los ILD trabajan con mayores potencias, suelen tener duraciones menores que las

de los LED.o Los ILD dependen más de la temperatura que los LED.

5. PARAMETROS

Existen varios parámetros que caracterizan a distintos tipos de fuetes ópticas. Se habla de parámetros estructurales y de transmisión que establecen las condiciones en las que se puede realizar la transmisión de información. 

Entre los parámetros estructurales se pueden encontrar:

El perfil de índice de refracción.

Es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo. De forma más precisa, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud.

El diámetro del núcleo. La apertura numérica.

Es el número adimensional que caracteriza el rango de ángulos para los cuales el sistema acepta luz. Recíprocamente, también está relacionado con

el ángulo de salida del sistema. La definición exacta del término varía según diferentes áreas de la óptica.

Longitud de onda de corte.

La longitud de onda de corte del modo principal para una GO con aire en su interior es igual a dos veces la dimensión mayor (rectangular), o de 1.71 veces el diámetro (circular).

En cuanto a los parámetros de transmisión se tiene: 

Atenuación.

Es la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisión optico.

Ancho de banda. Inmunidad a las Interferencias:

El uso de medios transparentes para la propagación de ondas electromagnéticas en forma de luz hace que no necesite voltajes ni de corrientes, esto lo convierte en un medio de comunicación 100% inmune a todo tipo de interferencias electromagnéticas a su alrededor. 

Estos parámetros fueron factores muy importantes que motivaron su uso militar ya que para poder obtener información de ella hay que provocarle un daño, daño que podría detectarse fácilmente con equipo especializado. Esto no sucede con el cobre o otros tipos de comunicación q no sean ópticas.

El hecho de no necesitar corrientes ni voltaje hace que los diferentes tipos óptica sea idónea para aplicaciones en donde se requiere de una probabilidad nula de provocar chispas, como el caso de pozos petroleros y las industrias químicas, en donde existe la necesidad de transportar la información a través de medios explosivos.

6. APERTURA NUMERICA

La apertura numérica (NA), es una figura de mérito que se usa para describir la unión de la luz o habilidad de recoger la luz de una fibra óptica. Entre más grande la magnitud de una NA, mayor es la cantidad de luz aceptada por la fibra de la fuente de luz externa. Para una fibra de índice de

escalón, una apertura numérica se define matemáticamente corno el seno del medio ángulo de aceptación. Por lo tanto

NA=senθ¿

Para un índice graduado, NA es simplemente el seno del ángulo crítico:

NA=senθc

7. PRECIOS 7.1. FUENTES LED

KIT LIGERO ÓPTICO DE FIBRA DEL LED, LUZ DE FIBRA ÓPTICA/ILUMINACIÓN, FUENTE DE LUZ DEL LED (ORP-011)

Kit ligero óptico de fibra del LED, luz de fibra óptica/iluminación, fuente de luz del LED (ORP-011)

Descripción del producto

Las fuentes de luz de TLsanli LED son nuestro último desarrollo. Incluye solo color y multicolor. La fuente de luz del LED se diseña especialmente para el mercado de bricolaje, su mezcla duradera, a todo color, la fácil-operación y el bajo costo enble el motor de alta tecnología de la fibra y de la luz entran cada familia y todos que estén interesadas en ellos. Tenemos tres tipos: Kit de la fuente de luz del poder más elevado LED, kit ligero normal del motor del LED y kit óptico de fibra del RGB LED. Incluye el color multicolor, del poder más elevado que cambia y cambio del color del RGB. La fuente de luz de TLsanli LED se diseña especialmente para el mercado de bricolaje, su mezcla duradera, a todo color, la fácil-operación y el bajo costo enble el motor de alta tecnología de la fibra y de la luz entran cada familia y todos que estén interesadas en ellos.

COSTO entre 20$ y 40$

7.2. FUENTES LÁSER

FUENTE LÁSER DE TRIPLE LONGITUD DE ONDA

COSTO entre 30$ y 60$

8. PARAMETROS DE VIDA UTIL DE UNA FUENTE OPTICA

La fatiga de instalación y otros factores pueden resultar en grietas y orificios en las cubiertas de los cables a través de los cuales puede pasar agua. En cables de tubo holgado rellenos de gel, el gel dentro de la cubierta se asienta dejando canales que permiten que el agua migre hacia los puntos de terminación. El agua puede acumularse en pequeñas piscinas en los vacíos, y cuando la delicada fibra óptica es expuesta, la vida útil es recortada por los efectos dañinos del agua en contacto. Se puede aislar la intrusión de humedad con múltiples capas de protección alrededor de la fibra óptica. El resultado es una mayor vida útil, mayor confiabilidad especialmente ambientes húmedos.Los materiales anti-inflamables de las cubiertas hacen la elección correcta por razones de seguridad y practicidad. Algunos tipos de fibras ópticas utilizan cubiertas de material inflamable y relleno de gel que también es inflamable. Estos materiales no pueden cumplir con los requerimientos de las normas

de instalación, presentan un riesgo adicional, y pueden además crear un reto costoso y difícil en la restauración después de un incendio. Ya que el fuego puede viajar a lo Largo de dicho cable, el daño del cable se puedo extender profundamente en las paredes y doctos.

9. CONCLUSIONES:

Los ILD son más eficientes que los otros tipos pero su costo es superior.

El LED emisor de borde es más efectivo que los otros tipos de LED debido a su emisión en un área reducida.

Debido a que trabaja a mayor potencia el ILD tiene un tiempo de vida reducido con respecto al LED.