Download fuentes ópticas laser - Comunicaciones Opticas

Título: Fuentes Ópticas
Fecha: 20/04/2017
Docente: Ing. Félix Pinto Macedo
Nombre: Tito Ronaldo Quispe Condori
Carrera: Ingeniería en Telecomunicaciones
Asignatura: Sistemas de transmisión por fibra óptica
Grupo: B
Periodo Académico: 8vo Semestre
Subsede: La Paz - Bolivia
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
DEFINICIÓN:
Las 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.
REQUERIMIENTOS:

Funcionamiento estable con la temperatura

Confiabilidad. (Tiempo de vida útil)

Bajo consumo de energía

Economía

Dimensiones compatibles con el de la fibra

Linealidad en la característica de conversión electro – óptica

Gran capacidad de modulación

Modulación directa
 Suficiente potencia óptica de salida y eficiencia de acoplamiento

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.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
2
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
SISTEMA DE TRANSMISIONES OPTICAS
SISTEMAS DE CONVERSION OPTICO/ELECTRICO
Estos sistemas están compuestos por un transmisor, cuya misión es la de convertir la
señal eléctrica en señal óptica para ser enviada a través de una fibra óptica. En el extremo
opuesto de la fibra óptica se encuentra el receptor , cuya misión es la de convertir la señal
óptica en señal eléctrica nuevamente.
El transmisor puede emplear un LED o un diodo LASER como elemento de salida. A
estos elementos se los denomina conversores electro-ópticos (E/O).
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
3
Título: 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.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
4
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
TRANSMISOR ÓPTICO

Controlador: Fuente de alimentación.

Modulador: Modulación PCM (modulación por impulsos codificados)modulación AM( modulación de amplitud o amplitud modulada).

Fuente óptica: La función es convertir energía eléctrica en energía óptica.

Acoplador: Focaliza la luz.
TIPOS DE FUENTES ÓPTICAS
El láser de semiconductores (diodo laser) y el LED (diodo electroluminiscente) se usan
universalmente como fuentes luminosas en los sistemas de comunicaciones ópticas, debido
a ningún otro tipo de fuente óptica puede modularse directamente a las altas velocidades de
transmisión requerida, con tan baja excitación y tan baja salida.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
5
Título: 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)
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
6
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
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.
ESTRUCTURA INTERNA DEL CHIP DE UN DIODO LED:
En esta ilustración el chip se compone de nitruro de galio (GaN) como elemento
semiconductor. Aquí la corriente de electrones “I” que parte del polo negativo (–) de la
batería “B”, penetra en el diodo LED por el cátodo (negativo), correspondiente a la región
“N”. Cuando a este chip se le aplica un voltaje adecuado que lo polarice de forma directa,
los electrones adquieren la energía extra necesaria que les permite circular y atravesar las
dos regiones que lo componen. Desde el mismo momento que la batería “B” suministra a
los electrones la energía suficiente para vencer la oposición que les ofrece a su paso la
barrera de potencial que se crea en el punto de unión o juntura que limita las dos regiones
del diodo, estos pueden pasar a ocupar los huecos existentes en la región “P” (positiva).
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
7
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
Acto seguido los electrones continúan su recorrido por esa otra parte del diodo,
circulan por el circuito externo, atraviesan la resistencia limitadora de corriente “R” y
alcanzan, finalmente, el polo positivo (+) de la batería o fuente de energía de corriente
directa, completando así su recorrido por todo el circuito. Una vez que los electrones
comienzan a circular por el interior del diodo, en el mismo momento que cada uno de ellos
atraviesa la barrera de potencial y se une a un hueco en la región “P”, el exceso de energía
extra previamente adquirida procedente de la batería la libera en forma de fotón de luz. En
el caso del diodo LED de este ejemplo, la luz emitida será ultravioleta (UV), invisible al ojo
humano, por ser nitruro de galio (GaN) el componente químico del material semiconductor
que compone este chip.
Básicamente existen tres clases de diodos LED utilizados en los sistemas de
transmisión de fibra óptica y son:
LED DE EMISIÓN LATERAL O POR EL BORDE, ELED.
Este tipo de LED presenta una superficie emisora de luz seméjate a una tira estrecha en
el mismo plano de la unión p-n, consiguiendo así que la luz radie de forma transversal
haciéndose más directiva y las pérdidas de acoplamiento a la fibra sean menores
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
8
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
LED SÚPER LUMINISCENTE, SLD.
Su particularidad radica en que 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 pero hay una cierta amplificación.
LED POR EMISIÓN SUPERFICIAL, SLED.
Este tipo de LED 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, lo que se conoce como diodo de
Burrus. 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.
Un tipo importante de LED es el de emisión superficial desarrollada por primera vez
por Burrus y Dawson en 1970.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
9
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
CARACTERÍSTICAS DE LOS LEDS
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
10
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
LASER (LIGHT AMPLIFICATION BY SIMULATED EMISSION
OFRADIATION).
(AMPLIFICACIÓN DE LUZ POR EMISIÓN ESTIMULADA DE RADIACIÓN)
Los diodos láser son semiconductores complejos que convierten una corriente eléctrica
en luz.
El láser 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 más directivo.
Entre los principales tipos de diodos laser se tiene:
FABRY PEROT.
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 láser 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
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
11
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
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 (DISTRIBUTED FEEDBACK LASER)
En el láser 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 láser, en una línea muy fina del espectro.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
12
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
ESPECIFICACIONES ESTÁNDAR DE FUENTES DE FIBRA ÓPTICA
TIPO
LONGITUD
DEDISPOSITI DEONDA
VO
(NM)
POTENCIA DENTRO ANCHO
DELA FIBRA (DBM) DE BANDA TIPO DE FIBRA
LED
850, 1300
LÁSER
FABRYPEROT
LÁSER DFB
VCSEL
-30 A -10
850,1310
(12800 A +10
1330),
1550
(14801650)
1550
1650)
850
<250 MHZ
MULTIMODO
>10 GHZ
MULTIMODO,
0
A
+
13(+25
(1480- CONAMPLIFICADORÓ
PTICO)
>10 GHZ
-10 A 0
>10 GHZ
MONOMODO
MONOMODO
MULTIMODO
COMPONENTES DEL DISPOSITIVO LÁSER
Consta de un medio activo, un mecanismo de bombeo para generar el fotón inicial y 2
espejos, uno totalmente reflector y el otro parcialmente reflector.
De esta manera se ha producido una amplificación de luz a través de una emisión
estimulada de radiación. Este es el efecto láser láser. Así también se llama el dispositivo
láser o diodo láser también se conoce como diodo de inyección láser ILD
Puede producir luz visible (roja, verde o azul) y luz invisible (infrarroja) en la segunda
(1310 nm) y en la tercera ventana (1550 nm).
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
13
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
CARACTERÍSTICAS DE LOS LÁSER SEGÚN SU COMPOSICION:
Láser se utiliza generalmente en sistemas de comunicación con:

Gran longitud, donde se requiere alta potencia y baja dispersión en la fibra.

Fibras nomomodo o multimodo.

Potencias ópticas de salida alta.

Alta velocidad máxima de modulación y grandes capacidades de transmisión.
DIFERENCIAS ENTRE DIODOS LED E ILD.
LA EMISIÓN DE LUZ LÁSER ES MONOCROMÁTICA
Los fotones emitidos por un láser poseen longitudes de onda muy cercanas entre sí. En
cambio, en la luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en
cuanto a las longitudes de onda
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
14
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
La emisión de luz es dirigida en una sola dirección: Un diodo LED emite fotones en
muchas direcciones. Un diodo láser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz
preferencial una sola dirección.
VENTAJAS DE LOS ILD SOBRE LOS LED.

Como los ILD tienen una dirección 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.

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.

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.
DESVENTAJAS DE LOS ILD SOBRE 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.

Los ILD cuestan normalmente 10 veces más que los LED.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
15
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
DIFERENCIAS ENTRE DIODOS LED E ILD
FUENTES ÓPTICAS
FUENTES ÓPTICAS LASER
IXL LIGHTWAVE(LASER)
Fuente de iluminación óptica.
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
16
Título: Fuentes Ópticas
___________ _______________________________________________________________________________________________
CARACTERÍSTICAS:






8 canales de módulos de fuente seleccionables por el usuario de láser.
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.
El FOM-7900B es una plataforma fibro óptica 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, y la caracterización componente
óptica de fibra.
BIBLIOGRAFIA
https://prezi.com/a-wflovneibp/conversor-electrooptico/
http://fibraopticaunefa.blogspot.com/2014/05/conversion-electro-optica.html
https://prezi.com/2aee9tomsg7n/fuentes-opticas/
Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica
Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones
17