Fuentes Opticas, Lanzamiento y Acople de Potencia COMPLETO

5/25/2018 Fuentes Opticas, Lanzamiento y Acople de Potencia COMPLETO

1/60

Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada BolivarianaSan Tome-Estado Anzotegui.

Ingeniera en TelecomunicacionesCtedra: Comunicaciones pticas

Facilitador:Ing. Hugo Betarte

Integrantes:Araujo Nelson C.I. 23.536.059Inciarte Indra C.I.MaitaNorelkys C.I. 22.574.952Padilla Joshebett C.I. 19.143.619VillazanaRaymar C.I. 21.178.412

Seccin 7D-01San Tom, 29 de Abril del 2014.


2/60

2

NDICE

CONTENIDOINTRODUCCIN .......................................................................................................................................... 4

MARCO TERICO ....................................................................................................................................... 5

TOPICOS DE FSICA DE SEMICONDUCTORES: BANDAS DE ENERGA ..................... 5

MATERIALES INTRNSECOS Y EXTRNSECOS ...................................................................... 5

SEMICONDUCTORES INTRNSECOS ....................................................................................... 5

SEMICONDUCTORES EXTRNSECOS...................................................................................... 6

SEMICONDUCTOR TIPO N ........................................................................................................... 6

SEMICONDUCTOR TIPO P ............................................................................................................ 7

UNION P-N ................................................................................................................................................. 8

POLARIZACIN DIRECTA DE LA UNIN PN ...................................................................... 8

POLARIZACIN INVERSA DE LA UNIN P - N ....................................................................... 9

DIODOS EMISORES DE LUZ LED ................................................................................................ 10

ESTRUCTURA DE UN DIODO LED ............................................................................................ 11

MATERIALES PARA FUENTES DE LUZ ................................................................................... 13

EFICIENCIA CUNTICA Y POTENCIA DE LOS LEDS ....................................................... 15

MODULACIN PTICA .................................................................................................................... 16

MODULACIN CON LED ............................................................................................................. 17

CIRCUITO DE MODULACION LED ........................................................................................ 18

DIODO LSER ....................................................................................................................................... 18

MODOS DE UN DIODO LASER ...................................................................................................... 19

OPERACIN DE ONDA CONTINUA ....................................................................................... 19

OPERACIN PULSADA ................................................................................................................. 20

CONDICIONES DE DISPARO .......................................................................................................... 21

ECUACIONES DE EMISIN ............................................................................................................ 21

EFICIENCIA CUNTICA ................................................................................................................... 24

FRECUENCIA DE RESONANCIA .............................................................................................. 24

ESTRUCTURA Y PATRONES DE RADIACIN ...................................................................... 25

LASER MONOMODO .......................................................................................................................... 26

MODULACIN ...................................................................................................................................... 26

MODULACIN DE GRAN SEAL ............................................................................................ 27


3/60

3

MODULACIN DE PEQUEA SEAL ................................................................................... 27

MODULACIN DE CDIGO DE PULSOS ............................................................................. 27

EFECTOS DE LA TEMPERATURA .............................................................................................. 28

DEPENDENCIA DE LA CORRIENTE UMBRAL CON LA TEMPERATURA .......... 28

EFECTO AUGER: ............................................................................................................................. 28DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA DE LA FRECUENCIA DE EMISIN 28

LINEALIDAD DE LA FUENTE DE LUZ ..................................................................................... 29

LANZAMIENTO DE POTENCIA FUENTEFIBRA ............................................................. 30

PATRN DE EMISIN DE LA FUENTE .................................................................................... 30

APERTURA NUMRICA DE EQUILIBRIO. .............................................................................. 31

CLCULO DEL ACOPLE DE POTENCIA. .................................................................................. 33

LANZAMIENTO DE POTENCIA VERSUS LONGITUD DE ONDA. ............................... 35

ESQUEMA DE LENTES PARA MEJORAR EL ACOPLE. ...................................................... 35UNIONES FIBRA A FIBRA: ............................................................................................................... 36

DESALINEAMIENTOS MECNICOS........................................................................................... 36

PRDIDAS RELACIONADAS A LA FIBRA. ............................................................................... 38

PREPARACIN DE LA FIBRA .................................................................................................... 40

CONOCER LA PARTE DEL LADO DEL EQUIPO .............................................................. 42

ACOPLE DE LEDS A FIBRAS MONOMODO. ........................................................................... 44

EMPALMES ............................................................................................................................................. 45

TCNICAS DE EMPALME ............................................................................................................... 47EMPALME POR FUSIN .............................................................................................................. 47

EMPALME MECNICO ................................................................................................................. 50

EMPALMES EN FIBRAS MONOMODO. ..................................................................................... 50

CONECTORES ........................................................................................................................................ 51

TIPOS DE CONECTORES ................................................................................................................. 52

CONECTORES DE PROXIMIDAD ............................................................................................ 52

CONECTORES DE HAZ EXPANDIDO .................................................................................... 54

CONECTORES MONOMODO ..................................................................................................... 55CONECTORES MULTIMODO .................................................................................................... 55

PRDIDAS POR RETORNO ............................................................................................................. 55

CONCLUSIN ............................................................................................................................................. 57

BIBLIOGRAFA .......................................................................................................................................... 58


4/60

4

INTRODUCCIN


5/60

5

MARCO TERICO

TOPICOS DE FSICA DE SEMICONDUCTORES: BANDAS DE ENERGA

El objetivo principal de la teora de las Bandas es el de encontrar un modelo analtico omatemtico, que describa cuantitativamente el comportamiento de una partcula cargadaen el cristal, como si se estructurara del que tiene una partcula libre como una peculiarmasa denominada masa efectiva.

Cuando el electrn pasa cerca de un tomo es acelerado y cuando se aleja es desacelerado,hasta que entra dentro del campo elctrico del siguiente tomo. Este proceso se repitetomo tras tomo, por lo que el campo de energa potencial del cristal ideal es peridico.

Se sabe por la mecnica cuntica que la expresin que proporciona los niveles de energadiscretos de un electrn en un pozo unidimensional y simtrico es:

( )

Donde n= 1, 2, 3

Considerando analticamente el comportamiento del electrn en redes peridicas (Redesde Bravais) mediante un modelo basado en un potencial peridica de forma cuadrada en uncristal unidimensional de dimensiones infinitas se describe el potencial peridico de formacuadrada.

Para algunos valores de energa E, el primer miembro resulta mayor que la unidad por loque el electrn no puede tener estas energas. Esta es la explicacin de que aparezcanbandas de energa prohibida.

MATERIALES INTRNSECOS Y EXTRNSECOS

SEMICONDUCTORES INTRNSECOSEs un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetradrica similar a la delcarbono mediante enlaces covalentes entre sus tomos, en la figura representados en elplano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunoselectrones pueden absorber la energa necesaria para saltar a la banda de conduccindejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energas requeridas, atemperatura ambiente, son de 1,12 ev y 0,67 ev para el silicio y el germaniorespectivamente.


6/60

6

Obviamente el proceso inverso tambin se produce, de modo que los electrones puedencaer, desde el estado energtico correspondiente a la banda de conduccin, a un hueco enla banda de valencia liberando energa. A este fenmeno se le denomina recombinacin.Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creacin de pares e-h, y derecombinacin se igualan, de modo que la concentracin global de electrones y huecos

permanece constante. Siendo "n" la concentracin de electrones (cargas negativas) y "p" laconcentracin de huecos (cargas positivas), se cumple que:

Ni = n = p

Siendo ni la concentracin intrnseca del semiconductor, funcin exclusiva de latemperatura y del tipo de elemento.

Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 c):

Ni (Si) = 1.5 1010cm-3

Ni (Ge) = 1.73 1013cm-3

Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores,ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente elctrica. Si se somete elcristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes elctricas. Por un lado ladebida al movimiento de los electrones libres de la banda de conduccin, y por otro, ladebida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tendern a saltar alos huecos prximos (2), originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en ladireccin contraria al campo elctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de labanda de conduccin.

SEMICONDUCTORES EXTRNSECOSSi a un semiconductor intrnseco, como el anterior, se le aade un pequeo porcentaje deimpurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denominaextrnseco, y se dice que est dopado. Evidentemente, las impurezas debern formar partede la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo de silicio. Hoy en da sehan logrado aadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello unamodificacin del material.

SEMICONDUCTOR TIPO NUn Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado aadiendo uncierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores decarga libres (en este caso negativos o electrones).


7/60

7

Cuando se aade el material dopante, aporta sus electrones ms dbilmente vinculados alos tomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es tambin conocido comomaterial donante, ya que da algunos de sus electrones.

El propsito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el

material. Para ayudar a entender cmo se produce el dopaje tipo n considrese el caso delsilicio (Si). Los tomos del silicio tienen una valencia atmica de cuatro, por lo que seforma un enlace covalente con cada uno de los tomos de silicio adyacentes. Si un tomocon cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla peridica (ej.Fsforo (P), arsnico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar deun tomo de silicio, entonces ese tomo tendr cuatro enlaces covalentes y un electrn noenlazado. Este electrn extra da como resultado la formacin de "electrones libres", elnmero de electrones en el material supera ampliamente el nmero de huecos, en ese casolos electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadoresminoritarios. A causa de que los tomos con cinco electrones de valencia tienen un

electrn extra que "dar", son llamados tomos donadores. Ntese que cada electrn libreen el semiconductor nunca est lejos de un ion dopante positivo inmvil, y el materialdopado tipo N generalmente tiene una carga elctrica neta final de cero.

SEMICONDUCTOR TIPO PUn Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, aadiendo uncierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores decarga libres (en este caso positivos o huecos).

Cuando se aade el material dopante libera los electrones ms dbilmente vinculados delos tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin conocido como materialaceptor y los tomos del semiconductor que han perdido un electrn son conocidos comohuecos.

El propsito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio,un tomo tetravalente (tpicamente del grupo 14 de la tabla peridica) se le une un tomocon tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla peridica (ej. Al,Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces esetomo tendr tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrar en condicin

de aceptar un electrn libre.As los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado porla red, un protn del tomo situado en la posicin del hueco se ve "expuesto" y en breve seve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un nmero suficiente de aceptoresson aadidos, los huecos superan ampliamente la excitacin trmica de los electrones. As,los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadoresminoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo iib), que contienen


8/60

8

impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce demanera natural.

UNION P-N

Se denomina unin PN a la estructura fundamental de los componentes electrnicoscomnmente denominados semiconductores, principalmente diodos y transistores BJT.Est formada por la unin metalrgica de dos cristales, generalmente de Silicio (Si),aunque tambin se fabrican de Germanio (Ge), de naturalezas P y N segn su composicina nivel atmico. Estos tipos de cristal se obtienen al dopar cristales de metal purointencionadamente con impurezas, normalmente con algn otro metal o compuestoqumico.

POLARIZACIN DIRECTA DE LA UNIN PN

Polarizacin directa del diodo p-n.

En este caso, labatera disminuye labarrera de potencial de la zona de carga espacial,permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodopolarizado directamente conduce la electricidad.

Se produce cuando se conecta el polo positivo de la pila a la parte P de la unin P - N y lanegativa a la N. En estas condiciones podemos observar que:

Elpolo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estoselectrones se dirigen hacia la unin p-n.

Elpolo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto esequivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unin p-n.

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batera es mayor que ladiferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n,adquieren la energa suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cualespreviamente se han desplazado hacia la unin p-n.

Una vez que unelectrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona decarga espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p convirtindose en
http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Barrera_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Electr%C3%B3n_libre&action=edit&redlink=1http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diodo_pn-_Polarizaci%C3%B3n_directa.PNGhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Electr%C3%B3n_libre&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Barrera_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)


9/60

9

electrn de valencia. Una vez ocurrido esto el electrn es atrado por el polo positivode la batera y se desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde elcual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batera.

De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones

de valencia de la zona p, aparece a travs del diodo una corriente elctrica constante hastael final.

POLARIZACIN INVERSA DE LA UNIN P - N

Polarizacin inversa del diodo pn.

En este caso, el polo negativo de la batera se conecta a la zona p y el polo positivo a lazona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en dicha zona hasta

que se alcanza el valor de la tensin de la batera, tal y como se explica a continuacin:

El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salendel cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar ala batera. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los tomospentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrn en elorbital de conduccin, adquieren estabilidad: 8 electrones en la capa de valencia, y unacarga elctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la zonap. Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una

vez que han formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen solamente7 electrones de valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso esque cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en la zona p, caen dentrode estos huecos con lo que los tomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electronesen su orbital de valencia) y una carga elctrica neta de -1, convirtindose as en ionesnegativos.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diodo_pn-_Polarizaci%C3%B3n_inversa.png


10/60

10

Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere elmismopotencial elctrico que la batera.

En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente; sin embargo, debido al efectode la temperatura se formarn pares electrn-hueco a ambos lados de la unin

produciendo una pequea corriente (del orden de 1 a)denominada corriente inversa desaturacin. Adems, existe tambin una denominada corriente superficial de fugas la cual,como su propio nombre indica, conduce una pequea corriente por la superficie del diodo;ya que en la superficie, los tomos de silicio no estn rodeados de suficientes tomos pararealizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace quelos tomos de la superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en suorbital de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a travs de ellos. Noobstante, al igual que la corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fugas esdespreciable.

DIODOS EMISORES DE LUZ LED

El LED (Light-EmittingDiode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductorque emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa launin PN en la cual circula por l una corriente elctrica . Este fenmeno es una forma deelectroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodocomn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Este dispositivosemiconductor est comnmente encapsulado en una cubierta de plstico de mayorresistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lmparas incandescentes.Aunque el plstico puede estar coloreado, es slo por razones estticas, ya que ello noinfluye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuestacon diferentes partes, razn por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede serbastante complejo.

Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesael LED y evitar que este se pueda daar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltajede operacin va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que est relacionado conel material de fabricacin y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debecircular por l vara segn su aplicacin. Los Valores tpicos de corriente directa de

polarizacin de un LED estn comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en losdiodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LED. Losdiodos LED tienen enormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como subajo consumo de energa, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de100,000 horas. Para la proteccin del LED en caso haya picos inesperados que puedandaarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio comn
http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico


11/60

11

En general, los LED suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circulapor ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromisoentre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad quecircula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula porellos).

Smbolo del LED

ESTRUCTURA DE UN DIODO LED

Un diodo LED comn se compone de las siguientes partes:

1.- Extremo superior abovedado de la cpsula de resina epoxi, que hace tambin funcin delente convexa. La existencia de esta lente permite concentrar el haz de luz que emite elchip y proyectarlo en una sola direccin.

2.- Cpsula de resina epoxi protectora del chip.


12/60

12

3.- Chip o diodo semiconductor emisor de luz.

4.- Copa reflectora. En el interior de esta copa se aloja el chip emisor de luz.

5.- Base redonda de la cpsula de resina epoxi. Esta base posee una marca plana situadajunto a uno de los dos alambres de conexin del LED al circuito externo, que sirve paraidentificar el terminal negativo () correspondiente al ctodo del chip.

6.- Alambre terminal negativo () de conexin a un circuito elctrico o electrnicoexterno. En un LED nuevo este terminal se identifica a simple vista, porque siempre esms corto que el terminal positivo.

7.- Alambre terminal positivo (+) correspondiente al nodo del chip del diodo, que seutiliza para conectarlo al circuito externo.

8.- Alambre muy delgado de oro, conectado internamente con el terminal positivo (+) ycon el nodo del chip.

Estructura interna del chip de un diodo LED. En esta ilustracin el chip se compone de

nitruro de galio (GaN) como elemento semiconductor. Aqu la corriente de electrones Ique parte del polo negativo () de la batera B, penetra en el diodo LED por el ctodo(negativo), correspondiente a la regin N. Cuando a este chip se le aplica un voltaje

adecuado que lo polarice de forma directa, los electrones adquieren la energa extranecesaria que les permite circular y atravesar las dos regiones que lo componen. Desde elmismo momento que la batera B suministra a los electrones la energa suficiente para

vencer la oposicin que les ofrece a su paso la barrera de potencial que se crea en el punto


13/60

13

de unin o juntura que limita las dos regiones del diodo, estos pueden pasar a ocupar loshuecos existentes en la regin P (positiva). Acto seguido los electrones continan su

recorrido por esa otra parte del diodo, circulan por el circuito externo, atraviesan laresistencia limitadora de corriente R y alcanzan, finalmente, el polo positivo (+) de la

batera o fuente de energa de corriente directa, completando as su recorrido por todo elcircuito. Una vez que los electrones comienzan a circular por el interior del diodo, en elmismo momento que cada uno de ellos atraviesa la barrera de potencial y se une a unhueco en la regin P, el exceso de energa extra previamente adquirida procedente de la

batera la libera en forma de fotn de luz. En el caso del diodo LED de este ejemplo, la luzemitida ser ultravioleta (UV), invisible al ojo humano, por ser nitruro de galio (GaN) elcomponente qumico del material semiconductor que compone este chip.

El chip de un diodo LED comn no se considera una lmpara propiamente dicho comoocurre con otras fuentes de iluminacin o bombillas ms tradicionales. Para que seaconsiderado como tal, adems del chip emisor de luz en s, tiene que contener tambin

otros elementos adicionales, como son: un controlador electrnico o driver, un disipadorde calor y componentes pticos apropiados, tal como poseen las lmparas LED de alta

potencia luminosa utilizadas para su uso en alumbrado general.

MATERIALES PARA FUENTES DE LUZ

En corriente continua (CC), todos los diodos emiten cierta cantidad de radiacin cuandolos pares electrn-hueco se recombinan; es decir, cuando los electrones caen desde labanda de conduccin (de mayor energa) a la banda de valencia (de menor energa)emitiendo fotones en el proceso. Indudablemente, por ende, su color depender de la alturade la banda prohibida (diferencias de energa entre las bandas de conduccin y valencia), esdecir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio,emiten radiacin infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materialesespeciales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los leds e IRED (diodosinfrarrojos), adems, tienen geometras especiales para evitar que la radiacin emitida seareabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en losconvencionales.


14/60

14

Compuestos empleados en la construccin de leds

Los primeros leds construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo eldesarrollo tecnolgico posterior la construccin de diodos para longitudes de onda cadavez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los aosnoventa por ShujiNakamura, aadindose a los rojos y verdes desarrollados conanterioridad, lo que permiti por combinacin de los mismos la obtencin de luzblanca. El diodo de seleniuro de cinc puede emitir tambin luz blanca si se mezcla la luzazul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La ms reciente

innovacin en el mbito de la tecnologa led son los leds ultravioleta, que se han empleadocon xito en la produccin de luz negra para iluminar materiales fluorescentes. Tanto losleds azules como los ultravioletas son caros respecto a los ms comunes (rojo, verde,amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones comerciales.

Los leds comerciales tpicos estn diseados para potencias del orden de los 30 a 60 mW.En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de1 vatio para uso continuo; estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensionesmucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metlicas paradisipar el calor (vase conveccin) generado por el efecto Joule.

Hoy en da se estn desarrollando y empezando a comercializar leds con prestaciones muysuperiores a las de hace unos aos y con un futuro prometedor en diversos campos, inclusoen aplicaciones generales de iluminacin. Como ejemplo, se puede destacar queNichiaCorporation ha desarrollado leds de luz blanca con una eficiencia luminosa de 150lm/W utilizando para ello una corriente de polarizacin directa de 20 miliamperios (mA).Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz solamente en trminos de rendimiento,es aproximadamente 1,7 veces superior a la de la lmpara fluorescente con prestaciones de


15/60

15

color altas (90 lm/W) y aproximadamente 11,5 veces la de una lmpara incandescente (13lm/W). Su eficiencia es incluso ms alta que la de la lmpara de vapor de sodio de altapresin (132 lm/W), que est considerada como una de las fuentes de luz ms eficientes.

EFICIENCIA CUNTICA Y POTENCIA DE LOS LEDS

La eficiencia cuntica interna de un LED se define como la fraccin de pares electrn-hueco que se recombinan emitiendo radiacin ptica. sta se calcula mediante laexpresin:

DondeRry R

nrson respectivamente las razones de recombinacin radiativas y no-radiativas.

Esto puede expresarse en funcin del tiempo total de recombinacin y el tiempo derecombinacin radiativa de la forma:

Donde el tiempo total de recombinacin es:

La potencia interna generada en el LED en funcin de la corriente inyectada al dispositivo(I) est dada por:

Donde q es la carga del electrn y es la longitud de emisin pico.

La eficiencia externa se calcula considerando que no todos los fotones generados saldrndel dispositivo. Para esto se consideran los efectos de reflexin en la superficie del LED(interfase). Esto se simplifica considerando nicamente los fotones con ngulo deincidencia normal a la interfase con lo que se utiliza el valor del coeficiente de


16/60

16

transmisividad de Fresnel. Considerando que el medio externo es aire (n=1), la eficienciaexterna est dada por:

Donden es el ndice de refraccin del material semiconductor. De aqu, la potencia deemisin del LED puede obtenerse mediante:

La sensibilidad o responsividad (responsivity) de un LED es la razn de poder emitido (P) acorriente inyectada (I). Generalmente se expresa en unidades de W/A, y cuando la

longitud de onda se expresa en micrometrospuede calcularse como:

La potencia de salida es proporcional a la corriente inyectada en un intervalo limitado porla saturacin del dispositivo. El ancho espectral de la emisin (en m) puede calcularsecomo:

DondekBT est dado en eV y la longitud de onda en m (1.24eV=1.99x10

-19J).

MODULACIN PTICA

La modulacin ptica puede ser directa, donde la fuente de luz es modulada directamentepor una inyeccin de corriente electrnica, proveniente del circuito driver, o ella puedeser una modulacin externa, donde la luz es primero generada por la fuente ptica ydespus a travs de un modulador externo es modulada. En este caso es posible, pero nousual, modular, adems de la amplitud, la fase, la frecuencia o la polarizacin de la sealptica. La ventaja de la modulacin externa es la posibilidad de minimizar el efecto de lochirp de la seal ptica, caractersticos das seales pticas moduladas directamente. Sin

embargo, la mayora de los sistemas de comunicacin por fibras pticas comercializadosactualmente utiliza la modulacin directa, debido a su simplicidad y bajo costo. Estossistemas son llamados de sistemas del tipo IM o sea, la potencia ptica emitida por lafuente de luz (intensidad ptica) es modulada por la corriente electrnica inyectada en lafuente ptica.


17/60

17

MODULACIN CON LED

La modulacin ptica puede ser directa, donde la fuente de luz es modulada directamentepor una inyeccin de corriente electrnica, proveniente del circuito driver, o ella puedeser una modulacin externa, donde la luz es primero generada por la fuente ptica ydespus a travs de un modulador externo es modulada. En este caso es posible, pero no

usual, modular, adems de la amplitud, la fase, la frecuencia o la polarizacin de la sealptica. La ventaja de la modulacin externa es la posibilidad de minimizar el efecto de lochirp de la seal ptica, caractersticos das seales pticas moduladas directamente. Sin

embargo, la mayora de los sistemas de comunicacin por fibras pticas comercializadosactualmente utiliza la modulacin directa, debido a su simplicidad y bajo costo. Estossistemas son llamados de sistemas del tipo IM o sea, la potencia ptica emitida por lafuente de luz (intensidad ptica) es modulada por la corriente electrnica inyectada en lafuente ptica.


18/60

18

CIRCUITO DE MODULACION LED

Esta aplicacin de amp-op es un amplificador sumador donde la seal de entrada tiene unaganancia de -1, y el suministro de 12V se amplifica por -3/7 para proporcionar voltajesuficiente para encender el LED y llevarlo a su rango lineal. El cambio en la salida de luzes entonces proporcional al voltaje de la seal.

DIODO LSERLos Diodos lser, emiten luz por el principio de emisin estimulada, la cual surge cuandoun fotn induce a un electrn que se encuentra en un estado excitado a pasar al estado dereposo, este proceso est acompaado con la emisin de un fotn, con la misma frecuenciay fase del fotn estimulante. Para que el numero de fotones estimulados sea mayor que elde los emitidos de forma espontnea, para que se compensen las perdidas, y para que seincremente la pureza espectral, es necesario por un lado tener una fuerte inversin deportadores, la que se logra con una polarizacin directa de la unin, y por el otro unacavidad resonante, la cual posibilita tener una trayectoria de retroalimentacin positivafacilitando que se emitan mas fotones de forma estimulada y se seleccione ciertaslongitudes de onda haciendo mas angosto al espectro emitido.

La presencia de una inversin grande de portadores y las propiedades de la cavidadresonante hacen que las caractersticas de salida (potencia ptica como funcin de lacorriente de polarizacin) tenga un umbral a partir del cual se obtiene emisin estimulada,el cual es funcin de la temperatura.


19/60

19

Un diodo lser es diferente en este aspecto, ya que produce luz coherente lo que significaque todas las ondas luminosas estn en fase entre s. La idea bsica de un diodo lserconsiste en usar una cmara resonante con espejos que refuerza la emisin de ondasluminosas a la misma frecuencia y fase. A causa de esta resonancia, un diodo lser produceun haz de luz estrecho que es muy intenso, enfocado y puro.

El diodo lser tambin se conoce como lser semiconductor o tambin conocidos comolseres de inyeccin, Estos diodos pueden producir luz visible (roja, verde o azul) y luzinvisible (infrarroja).Se usan en productos de consumo y comunicaciones de banda ancha.

MODOS DE UN DIODO LASER

Un lser puede ser clasificado como operar en modo continuo o pulsado, dependiendo de sila salida de potencia es esencialmente continua en el tiempo o si su salida toma la forma de

pulsos de luz en una o en otra escala de tiempo. Por supuesto, incluso un lser cuya salidaes normalmente continua se puede girar intencionalmente dentro y fuera a una tasa con elfin de crear pulsos de luz. Cuando la velocidad de modulacin es en escalas de tiempomucho ms lento que el tiempo de vida cavidad y el perodo de tiempo durante el cual laenerga se puede almacenar en el mecanismo de accin lser o medio de bombeo, acontinuacin, todava se clasifica como un "modulada" o "pulsada" lser de onda continua.La mayora de los diodos lser utilizados en los sistemas de comunicacin caen en esacategora.

OPERACIN DE ONDA CONTINUAAlgunas aplicaciones de los lseres dependen de un haz cuya potencia de salida esconstante en el tiempo. Tal un lser se conoce como onda continua. Se pueden hacermuchos tipos de lser para operar en el modo de onda continua para satisfacer este tipo deaplicacin. Muchos de estos lseres en realidad laser en varios modos longitudinales almismo tiempo, y tiempos entre las frecuencias ligeramente diferentes pticas de lasoscilaciones, de hecho, producir variaciones de amplitud en escalas de tiempo ms cortasque el tiempo de ida y vuelta, tpicamente de unos pocos nanosegundos o menos. En lamayora de los casos, estos lseres son todava llaman "onda continua" como su potencia

de salida es estable cuando se promedian sobre cualquier periodo de tiempo ms largos,con las variaciones de energa de muy alta frecuencia que tienen poco o ningn impacto enla aplicacin prevista.

Para el funcionamiento de onda continua que se requiere para la inversin de poblacin delmedio de ganancia que ser repuesto continuamente por una fuente de bombeo constante.En algunos medios de accin lser es imposible. En algunos otros lseres que requerira debombeo del lser a un nivel muy alto de potencia continua que sera poco prctico o


20/60

20

destruir el lser mediante la produccin de calor excesivo. Estos lseres no se puedenejecutar en modo CW.

OPERACIN PULSADAOperacin de pulsado de los lseres se refiere a cualquier lser no clasificados como ondacontinua, de modo que la potencia ptica aparece en pulsos de una cierta duracin en algntasa de repeticin. Esto abarca una amplia gama de tecnologas que aborden un nmero dediferentes motivaciones. Algunos lseres son pulsadas simplemente porque no se puedenejecutar en el modo continuo.

En otros casos, la aplicacin requiere la produccin de impulsos que tienen una energatan grande como sea posible. Puesto que la energa del pulso es igual a la potencia mediadividida por la tasa de repeticin, este objetivo a veces puede ser satisfecha mediante lareduccin de la tasa de impulsos de modo que ms energa puede ser construida en entre

pulsos. En la ablacin con lser, por ejemplo, un pequeo volumen de material en lasuperficie de una pieza de trabajo se puede evaporar si se calienta en un tiempo muy corto,mientras que el suministro de la energa gradualmente permitira el calor para serabsorbido en la mayor parte de la pieza , nunca alcanzar una temperatura suficientementealta en un punto particular.

Otras aplicaciones se basan en la potencia de cresta del impulso, especialmente con el finde obtener efectos pticos no lineales. Para un pulso de energa dada, esto requiere lacreacin de pulsos de duracin ms breve posible la utilizacin de tcnicas como el Q-switching.

El ancho de banda ptica de un pulso no puede ser ms estrecha que el recproco de laanchura del impulso. En el caso de pulsos extremadamente cortos, que implica la accinlser en un ancho de banda considerable, muy al contrario de los anchos de banda muyestrechos tpicos de los lseres de CW. El medio de emisin lser en algunos lseres decolorante y los lseres de estado slido vibrnicas produce ganancia ptica en un amplioancho de banda, lo que hace posible un lser que puede as generar pulsos de luz de tanslo unos pocos femtosegundos.

En un lser de Q-conmutado, se permite la inversin de poblacin para construir mediantela introduccin de la prdida en el interior del resonador que excede la ganancia del medio,

lo que tambin puede ser descrito como una reduccin del factor de calidad o "Q" de lacavidad. Entonces, despus de la energa de bombeo almacenada en el medio de lser se haacercado al nivel mximo posible, el mecanismo de prdida introducido se eliminarpidamente, permitiendo que la accin lser para comenzar que obtiene rpidamente laenerga almacenada en el medio de ganancia. Esto se traduce en un impulso corto que laincorporacin de la energa, y por lo tanto una alta energa mxima.


21/60

21

Un lser de modo bloqueado es capaz de emitir pulsos extremadamente cortos, del ordende decenas de picosegundos reduce a menos de 10 femtosegundos. Estos pulsos se repetiren el tiempo de ida y vuelta, es decir, el tiempo que la luz tarda en completar un viaje deida y vuelta entre los espejos que componen el resonador. Debido al lmite de Fourier, unpulso de tal longitud temporal corto tiene un espectro extendido sobre un ancho de banda

considerable. Por lo tanto un medio de dicha ganancia debe tener un ancho de banda deganancia suficientemente amplia para amplificar esas frecuencias. Un ejemplo de unmaterial adecuado es de titanio dopado, crecido artificialmente zafiro que tiene un anchode banda de ganancia muy amplia y por lo tanto puede producir pulsos de slo unos pocosfemtosegundos duracin.

Tales lseres en modo bloqueado son una herramienta ms verstil para procesos queocurren en escalas de tiempo extremadamente cortos investigacin, para maximizar elefecto de la no linealidad en materiales pticos debido a la gran potencia de pico, y enaplicaciones de ablacin. Una vez ms, debido a la duracin extremadamente corta del

impulso, tal lser producir impulsos que alcanzan una potencia extremadamente alta pico.

CONDICIONES DE DISPARO

Otro mtodo de lograr la operacin de lser pulsado es para bombear el material lser conuna fuente que es en s mismo pulsada, ya sea a travs de la carga electrnica en el caso delmparas de flash, u otro lser que ya est pulsado. Pulsos de bombeo se utilizhistricamente con lseres de colorante en el tiempo de vida de poblacin invertida de unamolcula de colorante era tan corto que se necesita una energa, bomba rpida alta.

La manera de superar este problema fue para cargar condensadores grandes que luego secambiaron a descargar a travs de lmparas de destellos, la produccin de un flash intensa.Pulsos de bombeo tambin se requiere para lser de tres niveles en los que el nivel deenerga ms bajo se convierte rpidamente en altamente poblada evitar una mayor accinlser hasta que esos tomos se relajan al estado fundamental. Estos lseres, como el lserexcimer y el lser de vapor de cobre, no se pueden utilizar en el modo CW.

ECUACIONES DE EMISINPara el anlisis del funcionamiento del lser hay que partir de las ecuaciones deemisin (en este caso, particularizadas para el caso de lseres monomodo), que son lasolucin a las ecuaciones de Maxwell para el caso del lser:


22/60

22

[1]

[2]

Donde Py N representan la cantidad o nmero de fotones y portadores en la cavidadrespectivamente, tpes el tiempo de vida de los fotones , tnel tiempo de recombinacin delos portadores, Respes la tasa de emisin espontnea y Ges la tasa de emisin estimulada oganancia ptica de la cavidad.

La definicin o el valor de cada uno de los parmetros que determinan el funcionamientodel lser es:

LA CANTIDAD DE FOTONESviene dada en funcin del campo elctrico:

[3]

Donde e0es la permitividad del medio material, m es el ndice del modo,mges ndice de losportadores inducidos y wes la energa de un fotn.

EL NMERO DE PORTADORES en la zona activa se define como:[4]

Donde n es la densidad de portadores y es prcticamente constante, V=Lwdes el volumende la cavidad siendo Lla longitud, wel ancho y del grosor de la misma.

LA GANANCIA PTICA se halla a partir de:[5]

donde G es el factor de confinamiento, vg es la velocidad de grupo definida como vg= c/mg y g es una ganancia de la cavidad cuyo valor es:g = sg( n - n0) , donde sges elcoeficiente deganancia diferencial, n0 la densidad de portadores requerida para alcanzar elnivel de transparencia y n la densidad de portadores. Como no se va a trabajar condensidad de portadores por unidad de volumen, sino con nmero de portadores, se


23/60

23

desarrolla un poco esta definicin para llegar a otra expresin que convenga mejor: G =GN(N-N0).

EL TIEMPO DE VIDA DE LOS FOTONES:

[6]

Donde aeson las prdidas en los espejos, aintotras prdidas intrnseca de la cavidad.

EL TIEMPO QUE TARDAN EN RECOMBINARSE LOS PORTADORESes:

[7]

LA TASA DE EMISIN ESPONTNEA,viene dada por:

[8]

Donde todo lo contenido dentro del corchete se conoce como factor de inversin de lapoblacin y Efes la energa de separacin entre los niveles de Fermi.

Si a [1] y [2] se le aade la ecuacin de emisin de la fase, se tiene el sistema deecuaciones de emisin de lseres monomodo completo [9].

[9]


24/60

24

EFICIENCIA CUNTICA

La Eficiencia cuntica es una cantidad definida para un dispositivo fotosensible como lapelcula fotogrfica o un CCD como el porcentaje de fotones que chocan con la superficiefotorreactiva que producir un par electrn-hueco. Es una medida precisa de la

sensibilidad del dispositivo. A menudo se mide sobre un rango de diferentes longitudes deonda para caracterizar la eficiencia del dispositivo a cada energa. La pelcula fotogrficatiene tpicamente una eficiencia cuntica de menos del 10%, mientras los CCDs puedentener una eficiencia cuntica sobre 90% en algunas longitudes de onda.

FRECUENCIA DE RESONANCIA

Se denomina frecuencia de resonancia a aquella frecuencia caracterstica de un cuerpo o un

sistema que alcanza el grado mximo de oscilacin.

Todo cuerpo o sistema tiene una, o varias, frecuencias caractersticas. Cuando un sistemaes excitado a una de sus frecuencias caractersticas, su vibracin es la mxima posible. Elaumento de vibracin se produce porque a estas frecuencias el sistema entra en resonancia.

La eficiencia de Acople es la medida de la cantidad de potencia ptica emitida desde unafuente que puede ser acoplada con una Fibra ptica

Pf= Potencia Acoplada a la Fibra

Ps= Potencia Emitida desde la Fuente de Luz

La eficiencia de Acople depende del tipo de fibra conectada a la fuente y del proceso deacople (lentes u otro complemento)


25/60

25

ESTRUCTURA Y PATRONES DE RADIACIN

El modo transversal de un frente de onda electromagntica es el perfil del campoelectromagntico en un plano perpendicular (transversal) a la direccin de propagacin delrayo. Modos transversales ocurren en las ondas de radio y microondas confinadas en una


26/60

26

gua de ondas, como tambin la luz confinada en una fibra ptica y en el resonador pticode un lser.

Los modos transversales son debidos a las condiciones de frontera impuestas por la guade ondas. Por ejemplo una onda de radio que se propaga a lo largo de una gua hueca de

paredes metlicas tendr como consecuencia que las componentes del campo elctricoparalelas a la direccin de propagacin (eje de la gua) se anulen, y por tanto el perfiltransversal del campo elctrico estar restringido a aquellas ondas cuya longitud de ondaencaje entre las paredes conductoras. Por esta razn, los modos soportados soncuantizados y pueden hallarse mediante la solucin de las ecuaciones de Maxwell para lascondiciones de frontera adecuadas.

LASER MONOMODO

Las comunicaciones led se producen principalmente a partir de GaAsp o GaAs. Debido a

que los ledesGaAsp operan a una mayor longitud de onda que los ledesGaAs (1,3micrmetros contra 0,81-0,87 m), su espectro de salida es ms ancho en un factor dealrededor de 1,7 veces. El ancho de amplio espectro de los ledes causa una alta dispersinen la fibra, lo que limita considerablemente su producto tasa de bits-distancia (medidacomn de utilidad). Los ledes son adecuados principalmente para aplicaciones de red derea local con velocidades de 10 a 100 Mbit/s, y distancias de transmisin de unos pocoskilmetros. Los leds se han desarrollado para usar varios pozos cunticos para emitir luzen diferentes longitudes de onda en un amplio espectro, y actualmente estn en uso enredes de rea local de multiplexado por divisin de longitud de onda.

Un lser semiconductor transmite luz a travs de la emisin estimulada en vez de emisinespontnea, lo que da como resultado una alta potencia de salida (~100 mW), as comootros beneficios de la luz coherente. La salida del lser es relativamente direccional, lo quepermite un acoplamiento de alta eficiencia (~50%) en fibras monomodo. La anchuraespectral estrecha permite altas tasas de transferencia de bits, ya que reduce el efecto dedispersin cromtica. Los lseres semiconductores pueden ser modulados directamente aaltas frecuencias, debido a la recombinacin de tiempo corto.

A menudo, los diodos lser se modulan directamente, que es la salida de luz controlada poruna corriente aplicada directamente al dispositivo. Para tasas de datos muy altas o enlacesde muy larga distancia, una fuente de lser puede ser de onda continua y la luz modulada

por un dispositivo externo como un modulador de electroabsorcin

MODULACIN

La respuesta general a los distintos mtodos de modulacin depende de factoresintrnsecos y extrnsecos del lser. Los lmites extrnsecos son varios. Una restriccinimportante es el sobrecalentamiento del lser debido a las altas corrientes de polarizacin


27/60

27

del lser. Estas altas corrientes son necesarias para poder hacer funcionar el lser a altasvelocidades. El sobrecalentamiento produce un deterioro de los parmetros del dispositivocomo la ganancia, corriente umbral, etc.

Otro aspecto importante en la polarizacin de lseres a alta potencia es la degeneracin

"catastrfica" que se produce si se daan los espejos. Esto destruye el lser al estropearselos espejos de la cavidad. Por tanto el lser tiene un lmite superior de inyeccin, hasta elcual puede operar con seguridad y por encima del cual se destruye el lser.

Un ltimo lmite extrnseco del lser que limita la velocidad de ste es debido a loselementos parsitos extrnsecos del diodo lser. El lser debe ser diseado con cuidadopara que la resistencia, capacidad e inductancia no limiten la respuesta del dispositivo. Loslmites intrnsecos de modulacin son debidos al diseo de la cavidad, arrastre y difusinde los portadores que limitan la velocidad de la modulacin de pequea seal.

MODULACIN DE GRAN SEAL

En este tipo de modulacin el lser es puesto a ON y a OFF, es decir, la corriente pasa deestar por encima del valor umbral a estar por debajo del valor umbral. Este tipo demodulacin se puede utilizar para interconexiones pticas o para algunas aplicacioneslgicas. La respuesta del lser es bastante lenta con esta modulacin (~10ns). Lamodulacin de gran seal no se utiliza para comunicaciones pticas debido a la respuestatan lenta y debido a la anchura espectral de la salida. De hecho la respuesta en gran sealde un lser.

MODULACIN DE PEQUEA SEAL

En modulacin de pequea seal el lser est polarizado en un punto por encima del valorumbral y se le aplica una pequea seal ac. Este mtodo presenta la mayor respuesta enfrecuencia pudindose alcanzar anchos de banda de hasta 50GHz.

MODULACIN DE CDIGO DE PULSOS

Esta tcnica de modulacin es la ms utilizada en las comunicaciones pticas actuales. Es

un hbrido entre la modulacin de gran seal y la de pequea seal. El lser estpolarizado por encima de su valor umbral y se le aplican pulsos de corriente (o tensin) deforma que la corriente va de un valor superior a otro inferior pero siempre, incluso en elestado bajo, por encima del valor umbral. Con este tipo de modulacin se alcanzan anchosde banda de hasta 10GHz.


28/60

28

EFECTOS DE LA TEMPERATURA

Como en el LED la dependencia de la temperatura de la emisin de un lser es de sumaimportancia. Tal y como hemos visto en una seccin anterior, para aplicaciones de muyalta velocidad necesitamos altas corrientes de inyeccin lo cual puede producir un

calentamiento del dispositivo an con buena refrigeracin. Los factores de mayorimportancia en el estudio de la dependencia con la temperatura son; i) efecto de latemperatura sobre la corriente umbral y la intensidad ptica y ii) efecto de la temperaturasobre la frecuencia de emisin.

DEPENDENCIA DE LA CORRIENTE UMBRAL CON LA TEMPERATURA

Conforme aumenta la temperatura del lser, su corriente umbral tambin aumenta y paraun nivel de inyeccin determinado, la salida de fotones cae. Se debe a dos razones

principalmente:

El incremento de temperatura causa que puedan existir electrones y huecos conenergas mayores. En consecuencia, una mayor fraccin de la carga inyectadapodr cruzar la regin activa y entrar en el recubrimiento o regin de loscontactos. Esta corriente de prdidas ya la vimos para el LED. La corriente deprdidas depende del diseo del lser y se puede minimizar utilizando una reginactiva ms ancha o una estructura con variacin gradual del ndice en el caso delseres de pozo cuntico.

A mayor temperatura hay ms electrones y huecos con energas superiores al valorenergtico umbral necesario para que se produzca la recombinacin de Auger.Esto, junto junto con el incremento en la densidad de portadores umbral hace quela recombinacin de Auger crezca exponencialmente con la temperatura. Losprocesos de Auger son especialmente importantes en materiales de estrecha bandaprohibida.

EFECTO AUGER:La ya mencionada recombinacin de Auger da lugar a calor en vez de a fotones por lo queuna fraccin de la corriente no estar disponible para la creacin fotones y, enconsecuencia, habr que aumentar el nivel de inyeccin para alcanzar la misma densidad

de fotones. Adems se produce un aumento del factor de amortiguamiento de la resonanciareduciendo el ancho de banda.

DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA DE LA FRECUENCIA DE EMISIN

Para la mayora de las aplicaciones es deseable que la frecuencia de emisin permanezcaestable. Pero en realidad si cambia la temperatura cambia la frecuencia de emisin dellser. Hay dos efectos que controlan esta variacin de la frecuencia:


29/60

29

La variacin de la banda prohibida hace desplazarse el espectro de gananciacompleto a energas menores conforme aumenta la temperatura. Esta variacin dela banda prohibida es del orden de 0,5meV/K en la mayora de lossemiconductores. Esto hace variar al espectro de ganancia en 3 o 4 por K si no

hay efectos adicionales como se muestra en la siguiente figura (a). Sin embargo, enel lser la emisin no depende slo de la posicin del pico de ganancia si notambin del modo Fabry-Perot ms cercano a este pico de ganancia. Esto nosconduce al segundo efecto.

Conforme vara la temperatura, la expansin trmica de la cavidad lser ylavariacin del ndice de refraccin altera la posicin de los modos resonantes.Losmodos resonantes vienen dados por (q es un entero)

Dondeq es la longitud de onda en el material y q0 la longitud de onda en el vaco. Si lalongitud efectiva de la cavidad aumenta con la temperatura, la posicin de los modos sedesplazar con respecto al espectro de ganancia que a su vez se est desplazando debido ala temperatura.

LINEALIDAD DE LA FUENTE DE LUZEl transmisor de fibra ptica es un dispositivo hbrido electro-ptico. Convierte sealeselctricas en pticas y enva las seales pticas a una fibra ptica. Un transmisor de fibraptica consiste de un circuito de interfaz, un circuito controlador de la fuente, y una fuenteptica. El circuito interfaz acepta la seal elctrica entrante, y la procesa para que seacompatible con el circuito controlador de la fuente. La intensidad del circuito controladorde la fuente modula la fuente ptica variando su propia corriente.

La seal ptica se junta, se acopla a la fibra ptica a travs de la interfaz de salida deltransmisor. Hay dos tipos de diodos de juntura de emisin de luz que se usan como fuente

ptica del transmisor.

Esta el diodo emisor de luz (LED, acrnimo ingls de Light-EmittingDiode), y el diodolser (LD). Los LED son ms simples y generan luz incoherente, y de potencia baja. LosLD son ms complejos y generan luz coherente, y de potencia alta.

El grfico ilustra la potencia de salida ptica, P, de cada uno de estos dispositivos enfuncin de la corriente elctrica de entrada I, del circuito de modulacin. En la figura se ve


30/60

30

que el LED tiene una caracterstica P-I relativamente lineal, mientras que el LD tiene unacaracterstica no lineal o efecto umbral. El LD tambin tiene una propensin a tenerpliegues donde la energa disminuye con el aumento del ancho de banda.

LANZAMIENTO DE POTENCIA FUENTEFIBRA

PATRN DE EMISIN DE LA FUENTE

La combinacin de fuente de luz de fibra, calidad de fibra y dimetro de ncleo de la fibradeterminar no slo la distancia funcional del canal, sino tambin la velocidad de lascomunicaciones. Recientemente, la fibra multimodo ha experimentado una transicin defibra de 62,5/125 (ncleo/blindaje) en varias calidades a fibra de 50/125 micras, tambin

disponible en varias calidades, incluyendo la fibra de mximo rendimiento optimizada paralser. La fibra multimodo es normalmente la opcin para distancias ms cortas. La luz selleva en varias rutas o modos. Un modo es la transmisin de luz en un estado constante.La fibra monomodo permite una nica ruta/modo y es adecuada para aplicaciones de mslargo alcance. La electrnica activa que respalda la fibra multimodo es menos costosa quela monomodo.


31/60

31

La velocidad a la que viaja la luz en una fibra se mide por su ndice de refraccin. Se tratade una ecuacin que compara la velocidad de la luz en un medio con su velocidad mximaen el vaco. Esta luz viaja en el espectro no visible, normalmente 850 nm, 1300 nm o 1550nm. El espectro visible termina aproximadamente a 750 nm. Este espectro puede llevarseales analgicas y digitales. Los dispositivos que activan la fuente de luz convierten esasseales en pulsos de luz dentro del espectro requerido para la transmisin. En el otroextremo, otro dispositivo detecta los pulsos de luz que hay en cada modo y los convierteotra vez en seales analgicas o digitales que entiende el dispositivo conectado.

La velocidad de la fibra se mide en hercios o ciclos por segundo. Cada ciclo equivale a unpulso u onda luminosa. Un hercio equivale a un ciclo. Como la fibra transmite a tasas develocidad muy altas, medimos los pulsos/ciclos que un dispositivo lanza a la fibra enmegahercios (millones de hercios por segundo). Debido a que la luz no se degrada con ladistancia tan rpidamente como las seales elctricas, la atenuacin o prdida de seal esinferior que en sus equivalentes de cobre. Ello permite que las ondas luminosas viajenmayores distancias.

APERTURA NUMRICA DE EQUILIBRIO.

Enptica,la apertura numrica (AN) de unsistema ptico es un nmeroadimensional quecaracteriza el rango de ngulos para los cuales el sistema acepta luz. Recprocamente,tambin est relacionado con el ngulo de salida del sistema. La definicin exacta deltrmino vara segn diferentes reas de la ptica.
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93pticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_%C3%B3pticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Adimensionalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Adimensionalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_%C3%B3pticohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica


32/60

32

En la mayor parte de las reas de la ptica, especialmente enmicroscopa, la aperturanumrica de un sistema ptico tal como una lente queda definido por la siguiente ecuacin:

donde nes elndice de refraccin del medio en el que la lente se encuentra (1 para elaire,1,33 para elagua pura, y hasta 1,56 para algunosaceites), y es la mitad del ngulo deaceptancia mximo que puede entrar o salir de la lente. La AN se mide generalmente conrespecto a un objeto o a un punto de una imagen y vara con la posicin del punto.

ngulo de Aceptancia: es el mximo ngulo en el cual el rayo de luz incidente es atrapadopor las paredes de la fibra. En este caso el rayo de luz se refleja totalmente en elrecubrimiento de la misma, por lo que el ngulo de transmisin, sobre el recubrimiento dela fibra, es 90.

Las fibras pticas multimodo slo guan la luz que entra en la fibra dentro de un

determinado cono de aceptancia. La mitad del ngulo de este cono es el ngulo deaceptancia,max. Para fibras con perfil desalto de ndice multimodo, este ngulo deaceptancia viene determinado por la siguiente expresin

donde nnes el ndice de refraccin del ncleo de la fibra, y nces el ndice de refraccinde la cubierta.

Debido al gran parecido de esta expresin con las definiciones de AN de otras reas dela ptica, es habitual llamar as al trmino de la derecha de la ecuacin anterior,

definiendo finalmente la apertura numrica de una fibra como

,

donde nnes el ndice de refraccin del eje central de la fibra. Ntese que cuando se usa estadefinicin, la relacin entre la apertura numrica y el ngulo de aceptancia es una meraaproximacin. En particular, los fabricantes suelen dar la AN parafibras
http://es.wikipedia.org/wiki/Microscop%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceiteshttp://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Tiposhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Salto_de_%C3%ADndice&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Tiposhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:AN.pnghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:AN.pnghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:AN.pnghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:AN.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Tiposhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Salto_de_%C3%ADndice&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Tiposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceiteshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microscop%C3%ADa


33/60

33

monomodo bsandose en esta expresin, aunque para este tipo de fibras el ngulo deaceptancia es algo diferente y no depende solamente de los ndices de refraccin de ncleoy cubierta.

CLCULO DEL ACOPLE DE POTENCIA.

Potencia Acoplada de la Fuente a la Fibra

As y s son el rea y el ngulo de emisin fijo de la fuente

Af y f son el rea y y el ngulo fijo de aceptacin de la Fibra

Potencia Acoplada del LED a la Fibra

rea Activa

Fuente

ptica

Patrn de

Radiacin de

la Fuente

Angulo de

Aceptacin

de la Fibra

Potencia Perdida

rdrdddB

dAdABP

s

r

s

A

sssF

m

f f

ma x0

0

2

0

2

00

sin),(

),(

rdrdB

rdrdB

rdrddBP

s

r

s

r

s

r

s

s

s

22

00

0

2

0

max0

2

0

0

2

0 0

0

0

NA

sin

sincos2

ma x0

210222

0

22

stepLED, 2)NA( nBrBrP ss
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Tiposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Tipos


34/60

34

Potencia Acoplada del LED a la Fibra de Salto de ndice (Step-Index Fiber)

Potencia Total ptica del LED:

Potencia Acoplada del LED a la Fibra de ndice Gradual (Graded-Index Fiber)

La Potencia acoplada desde el LED a la fibra indexada graduada se da como:

Si el medio entre la fuente y la fibra es diferente del material de ncleo con ndice derefraccin n, la potencia acoplada en la fibra se reducir por el factor:

sincos2

sin),(

2/

0

0

22

0

2

2

0

2/

0

BrdBrP

ddBAP

sss

ss

2

1

1

nn

nnR


35/60

35

LANZAMIENTO DE POTENCIA VERSUS LONGITUD DE ONDA.

La potencia ptica slo depende de la radiacin (luminosidad) y no en la longitud de ondadel modo. Para un nmero de fibras de ndice gradual de modos est relacionada con lalongitud de onda como:

Por lo tanto el doble de muchos modos se propagan para 900nm en comparacin con1300nm pero la potencia radiada por el modo de una fuente es

Por lo tanto el doble de potencia es lanzado por modo para 1300nm, en comparacin conel 900nm

ESQUEMA DE LENTES PARA MEJORAR EL ACOPLE.

Varios esquemas de lentes posibles son:

1. Fibra de extremo redondeado2. Microesferas Anidlicas (esfera pequea de cristal en contacto tanto con la fibra y

la fuente)3. Esfera Imagen (una lente esfrica ms grande utilizado para la imagen de la fuente

en la zona ncleo del extremo de la fibra)4. Lente cilndrica (generalmente formado a partir de una seccin corta de la fibra)5. LED de superficie esfrica y fibra de extremo esfrico6. Fibra de extremo Afilada o Cnica

2

122

anM

2os B

M

P

1 2

3 4

5 6


36/60

36

Problemtica en el uso de la lente:

Un problema es que el tamao de la lente es similar a la fuente y las dimensiones delncleo de fibra, que introduce dificultades de fabricacin y de manipulacin.

En el caso de la fibra de extremo cnica, la alineacin mecnica debe llevarse a cabo congran precisin.

UNIONES FIBRA A FIBRA:

Las Fibras Intercomunicadas en un sistema de fibra ptica es otro factor muy importante.Estas interconexiones deben ser de baja prdida. Estas interconexiones se producen en:

La fuente ptica El Fotodetector

Dentro del cable de donde se conectan dos fibras Punto intermedio en un enlace donde se conectan dos cablesLa Conexin Puede Ser:

Vnculo permanente: conocido como EMPALME Conexin fcilmente desmontable: Conocido como CONECTOR

Todas las tcnicas de unin estn sujetas a diferentes niveles de prdida de energa en launin. Estas prdidas dependen de diferentes parmetros como:

Distribucin de energa de entrada a la unin Longitud de la fibra entre la fuente y la unin Caractersticas geomtricas y de gua de onda de los dos extremos de la unin Cualidades del extremo de la fibra

La potencia ptica que se puede acoplar de una fibra a la otra se limita por el nmero demodos que pueden propagarse en cada fibra

Una fibra con una capacidad de 500 modos conectada con la fibra de la capacidad de 400modos slo puede acoplar 80% de la potencia

Para una fibra GIN con un radio del ncleo a, ndice n2de revestimiento, k = 2/, yn(r) como la variacin en el perfil de ndice de ncleo, el nmero total de modos se puedeencontrar a partir de la expresin


37/60

37

Esta ecuacin se puede asociar con la apertura numrica local general para producir

Como las diferentes fibras pueden tener diferentes valores de a, NA (0) y , de modo queM puede ser diferente para diferentes fibras

La fraccin de energa que puede ser acoplado es proporcional al volumen de modo comnde Mcomm. La eficiencia de Acople Fibra-a-Fibra F est dadapor:

Donde MEes el nmero de modos en la fibra emisora. La prdida de acoplamiento fibra afibra LFse da en trminos de Fcomo:

LF= -10 log F

Caso a:Todos los modos igualmente excitados, unin con fibra del mismo tamaoque tiene incluso una ligera desalineacin mecnica puede causar la prdida depotencia

Caso B:La propagacin de modos en el estado de equilibrio tienen un equilibrioNA. La unin con una fibra ptica del mismo tamao del ncleo y mismascaractersticas se encontrar (unir) a una NA de tamao ms grande en la fibrareceptora y hasta una desalineacin mecnica no puede causar la prdida depotencia. Este caso es para fibras ms largas. La prdida de potencia se producecuando en la fibra receptora alcanza el estado de equilibrio


38/60

38

DESALINEAMIENTOS MECNICOS

Alineacin mecnica es el principal problema cuando se unen dos fibras teniendo en cuentasu tamao microscpico. Un ncleo de la fibra multimodo GIN estndar es 50100m dedimetro (grosor de un cabello humano) La fibra monomodo tiene dimetro de ncleo de9m. Las prdidas por radiacin se producen porque el cono de aceptacin de la fibraemisora no es igual al cono de aceptacin de la fibra receptora. La magnitud de la prdidade la radiacin depende del grado de desalineacin Pueden producirse tres tipos diferentes

de desalineacin

a) Separacin longitudinalb) Desalineacin angularc) El desplazamiento axial o desplazamiento lateral

PRDIDAS RELACIONADAS A LA FIBRA.

Igual que con el cobre, la prdida o atenuacin de seal en la fibra se mide en decibelios(dB). La atenuacin de la fibra aumentar con cada conector o empalme. Normalmente laprdida de empalme es de unos 0,2 dB por empalme. No obstante, las terminacionesdeficientes pueden aumentar esa cifra. La estimacin de prdida de fibra compara la

prdida real con la estimada (o prdida aceptable) segn el nmero de empalmes en elcanal. Para medir esta prdida, debe utilizarse un medidor de potencia y una fuente de luz.Probar una fibra estrictamente con un reflectmetro ptico con indicacin temporal(OTDR) proporciona la caracterizacin del segmento de fibra, pero no facilita elrendimiento definitivo.


39/60

39

Se encuentran dos tipos de atenuacin en cables de fibra ptica: intrnseca y extrnseca. Laatenuacin intrnseca es inherente a la fibra y se introduce durante el proceso defabricacin. Un ejemplo seran las impurezas o irregularidades dentro del vidrio. Elloprovoca que las seales luminosas sean absorbidas o dispersadas y es el motivo por el quealgunas fibras admiten mayores distancias de aplicacin que otras. Los avances en

fabricacin han introducido una nueva calidad de fibra multimodo conocida como fibraoptimizada para lser.

Esta fibra incorpora dos mejoras de fabricacin esenciales. La primera es la eliminacin delas anomalas mencionadas anteriormente, reduciendo impurezas en el ncleo de la fibra.La segunda es un mayor control del ndice de refraccin, lo que reduce la dispersin demodo asegurando que lleguen todos los modos al receptor bsicamente al mismo tiempo.La combinacin de esas mejoras aumenta mucho la capacidad de ancho de banda de lafibra, cuyo resultado es la compatibilidad con aplicaciones de mayor velocidad, incluyendotransmisiones a 10 Gb/s, as como distancias de transmisin ms largas. TIA hace

referencia a esta fibra como fibra optimizada para lser mientras que ISO/IEC lo hacecomo fibra de calidad OM3.

La atenuacin extrnseca se introduce durante la manipulacin de cables. Ejemplos seranpequeas tensiones mecnicas (micro-torcimientos) o vulneraciones del radio de curvatura(macro-torcimientos) y el resultado es que la luz se refracta fuera del ncleo. Hay querespetar los lmites de radio de curvatura especificados por el fabricante en todas lasinstalaciones de fibra.


40/60

40

En la fibra, las seales y los pulsos deben ser entendidos por el receptor en cada extremo.Hacer un tendido demasiado largo de un canal de fibra puede causar errores, como puedenhacerlo excesivos empalmes, poca calidad de la fibra y una instalacin deficiente. Cualquieranomala que impida que un receptor registre los pulsos equivaldr a un error binario.

PREPARACIN DE LA FIBRA

de fibra ptica se necesita una fuente de luz. Puede ser un LED (diodo emisor deluz), un lser (amplificacin de luz por emisin estimulada de radiacin) o un VCSEL(lser emisor de superficie vertical). Los lseres y los VCSEL proporcionan una fuente de

luz ms intensa y enfocada por lo que pueden transmitir mayores distancias que susequivalentes LED. El equipo que genera la seal mediante las dos ltimas tecnologas esms caro que una fuente LED.

Con independencia del tipo de fibra, el hecho de situar los pulsos de luz en la fibrase conoce como "lanzar". El mtodo de lanzamiento puede variar desde un lanzamientosaturado a un lanzamiento de modo restringido. Como se expuso anteriormente, la ruta dela luz se llama modo. En un lanzamiento saturado, la luz introduce una seal de mayortamao que el ncleo real de la fibra. Eso permite que todos los modos se exciten. Enlanzamiento de modo restringido, se introduce un ncleo de luz ms pequeo que excita

slo determinados modos en la fibra. En monomodo, slo se excita una nica ruta o modo.

Los pulsos de luz pueden dispersarse dentro de la fibra con la distancia, lo que seconoce como dispersin. Cuando los pulsos se superponen, pueden limitar la capacidad delreceptor para registrar pulsos distintos, limitando en consecuencia el ancho de banda deuna fibra. La luz viaja a diferentes velocidades en diferentes colores tambin. Paracontrarrestar cierta prdida de dispersin, la fuente de luz puede proporcionar lo que se


41/60

41

llama un lanzamiento restringido, normalmente empleado para aplicaciones de mayorvelocidad.

En vez de llenar todos los modos en una fibra con luz, slo determinados modos seexcitan y por lo tanto se restringe la gama de pulsos y los efectos de dispersin.

A longitudes de onda ms largas para velocidades de gigabit funcionando encalidades ms antiguas de fibra multimodo de 62,5/125 micras, el lanzamiento restringidoprovoca retardo de modo diferencial (las seales no llegan al receptor al mismo tiempo).Para esas aplicaciones, deben utilizarse latiguillos acondicionadores de modo. Esoslatiguillos proporcionan un desfase de manera que la luz no entra directamente en elcentro del ncleo de la fibra. Al desfasar el haz hacia un rea fuera del centro del ncleo, ladispersin se minimiza. Debe utilizarse un juego de latiguillos de lanzamiento restringidoen cada extremo del sistema.

El ancho de banda de la fibra es la capacidad de transmisin de informacin de la

fibra. Es inversamente proporcional a la cantidad de dispersin. As, la medida en la quepueda controlarse la dispersin determina esencialmente el ancho de banda utilizable de lafibra.

Especificaciones ISO para ancho de banda multimodos

Ancho de banda mnimo de modoMHz km

Tipo defibra

ptica

Dimetro delncleo(m)

Longitud deonda (nm)

Lanzamientosaturado (OFL)

Lanzamiento de modorestringido (RML) 850

nmOM1 50 or 62.5 850

1300200500

No especificadoNo especificado

OM2 50 or 62.5 8501300

500500

No especificadoNo especificado

OM3 50 8501300

1500500

2000No especificado


42/60

42

Nota: El ancho de banda efectivo de lanzamiento de lser se garantiza usando retardo de modo

diferencial (DMD), como se especifica en IEC/PAS 6073-1-49.

Especificaciones TIA para ancho de banda multimodo

Ancho de banda mnimo de modoMHz km

Tipo de fibraptica

Longitud deonda (nm)

Lanzamientosaturado (OFL)

Lanzamiento de modorestringido (RML)

62.5/125m 850 160 No se requiere

Mulitmode 1300 500 No se requiere

50/125m 850 500 No se requiere

Multimode 1300 500 No se requiere

Laser-Optimized 850 1500 200050/125mMultimode

1300 500 No se requiere

ISO/IEC 11801 Ed2.0 define tres tipos pticos de fibra multimodo. OM1 principalmentecomprende la fibra histrica de 62,5/125 micras. OM2 tiene un ancho de banda efectivo de500 MHzkm a ambas longitudes de onda y representa la fibra de calidad estndar de

50/125 micras. OM3 tiene un ancho de banda de 1500/500 MHzkm para lanzamientossaturados y 2000 MHzkm con un lanzamiento de modo restringido, y se conoce por

TIA/EIA como fibra optimizada para lser de 50/125 micras.

CONOCER LA PARTE DEL LADO DEL EQUIPO

Cada pieza de la electrnica activa tendr varias fuentes de luz empleadas para transmitir atravs de los distintos tipos de fibra. La distancia y el ancho de banda variarn con lafuente de luz y la calidad de la fibra. En la mayora de redes, la fibra se utiliza paraoperaciones de enlace ascendente/red troncal y para conectar varios edificios juntos en uncampus. La velocidad y la distancia son una funcin del ncleo, del ancho de banda demodo, de la calidad de la fibra y de la fuente de luz, cuestiones tratadas anteriormente.Para transmisiones de gigabit, las distancias aprobadas por IEEE se muestran en la tabla

siguiente.

GBIC Longitud deonda (nm)Tipo defibra

Dimetro delncleo (micras)

Ancho de bandamodal (MHZ/km)

distanciadel cable

1000BASE-SX

850 MMF 62.5 160 722 ft.(220m)

62.5 200 920 ft. (275


43/60

43

m)

50 400 1640 ft.(500m)

1000BASE-

LX

1300 MMF 62.5 500 1804 ft.

(550m)50 400 1804 ft.

(550m)

9/10 N/A 6.2 miles(10km)

1000BASE-EX

1550 SMF 9/10 N/A 43.4 to 62miles(70 to100km)

Se requiere un latiguillo acondicionador de modo.

Como puede verse, segn el tipo de fibra y el tipo de fuente de luz, las distancias admitidasvaran entre 220 m y varios kilmetros. Algunas son nicamente monomodo como seindica. El coste de cada opcin aumenta con la distancia debido al tipo de fuente de luz.Cada una de esas distancias son valores mximos basados en el tipo, calidad e instalacinde las fibras. La prdida adicional introducida puede cambiar las distancias en granmedida. Los GBIC (conversores de interfaz gigabit) que aparecen en la columna uno estnindicados como SX (corta distancia), LX (larga distancia) y EX (muy larga distancia).Tambin es importante observar que el uso de fibra monomodo para distancias cortas

puede causar que el receptor se vea desbordado y es posible que se necesite un atenuadoren lnea para introducir atenuacin en el canal.

Para hacer notar la diferencia entre velocidades y calidad, en la siguiente tabla secomparan distancias, empezando con aplicaciones de 100 Mb/s hasta llegar a aplicacionesde 10 Gb/s. Como puede verse, las anomalas en la fibra, las fuentes de luz y lasvelocidades globales de ancho de banda inciden en las distancias a travs de las que sepuede llevar una seal por la fibra. La distancia aumenta con productos de fibraoptimizados para lser y, por lo tanto, brindaran el retorno de la inversin ms alto. Lasdistancias adicionales admitidas eliminaran la necesidad de ms electrnica costosa y

repetidores dentro de la red de fibra.

Aplicacin Londigudde Onda62.5m160/500

62.5m200/500

50m500/500

50m2000/500

SMF

100BASE-SX 850nm 300m 300m 300m 300m

1000BASE-SX 850nm 220m 275m 550m 550m


44/60

44

1000BASE-LX 1300nm 550m 550m 550m 550m 5km

10GBASE-SR* 850nm 28m 28m 86m 300m

10GBASE-LR* 1310nm 10km

10GBASE-ER* 1550nm 40km

10GBASE-LRM 1300nm 220m 220m 220m 220m

10GBASE-LX4 1310nm 300m 300m 300m 300m 10km

*Esas interfaces tambin se ven indicadas con una X en lugar de la R, pero se pueden usar

indistintamente.

La interfaz de la fibra para 10Gb/s se llama Xenpack, a diferencia de GBIC para gigabit.Tanto 10GBASE-SR como 10GBASE-LR tienen un equivalente de comunicaciones derea extensa para permitir que se conecten a redes SONET a 9,584640 Gb/s (OC-192) a

travs de su interfaz de rea extensa. Esas interfaces se conocen como 10GBASE-SW y10GBASE-LW respectivamente.

Ahora que la velocidad gigabit en el escritorio se hace habitual, tambin son ms comuneslas redes troncales de 10 Gb/s. Las interfaces SR tambin se estn haciendo comunes enaplicaciones de centros de datos e incluso en algunas aplicaciones de escritorio. Comopuede verse, la fibra de calidad ms elevada (o fibra optimizada para lser) proporcionams flexibilidad para una instalacin de planta de fibra. Aunque algunas versiones(10GBASE-LRM y 10GBASE-LX4) admiten calidades ms antiguas de fibra paradistancias de 220 m o ms, el equipo es ms costoso. En muchos casos, resulta menos caro

actualizar fibra que comprar los componentes ms costosos que tambin comportan costessuperiores de mantenimiento con el tiempo.

Parte de la solucin 10G ip de Siemon, el sistema de fibra XGLO, es ideal para

aplicaciones de redes troncales de prxima generacin o de fibra hasta el escritorio. Losgrupos de cable XGLO cuentan con fibra de la mejor calidad que cumple la norma GigabitEthernet IEEE 802.3 10, as como las especificaciones IEC-60793- 2-10 y TIA-492AAACpara retardo de modo diferencial de ancho de banda lser (DMD). XGLO utiliza fibraoptimizada para lser con el fin de obtener un ptimo rendimiento de transmisin deaplicaciones Ethernet 1G o 10G

ACOPLE DE LEDS A FIBRAS MONOMODO.

El Borde de emisin de los diodos de lser tienen un patrn de emisin que nominalmentetiene FWHM de

3050 en el plano perpendicular a la unin rea activa 510 en el plano paralelo a la unin


45/60

45

Como la distribucin angular de la salida de lser es mayor que el ngulo de aceptacin dela fibra y como el rea de emisin de lser es mucho ms pequeo que el ncleo de la fibra,se pueden utilizar:

Lentes esfricas Lentes cilndricas Cono de fibra

Para mejorar la eficiencia de acoplamiento entre el borde de emisin de diodos lser yfibras pticas

La misma tcnica se utiliza para los lseres emisores de superficie de cavidad vertical(VCSEL).

Las conexiones producidas en masa de matrices de lser para ser paralelo a la fibramultimodo tienen eficiencia de 35%

Los Acoplamiento Directos (Sin lentes) de una sola fuente VCSEL a una fibra multimodoresulta en eficiencia de hasta un 90%.

El uso de lentes de microesferas de vidrio homogneas ha sido probado en serie de varioscientos de conjuntos de diodos lser.

Lente de cristal esfrica del ndice de refraccin de 1,9 y dimetros que oscilan entre 50 y60m pegados con resina a los extremos de 50 m de dimetro de ncleo de fibras de ndicegradual con NA de 0,2. Los valores de FWHM medidos de los haces de salida de lserfueron los siguientes

b/w 3 y 9m para el campo cercano paralelo a la unin b/w 30 y 60o para el campo perpendicular a la unin b/w 15 y 55o para el campo paralelo a la unin

Eficacias de acoplamiento en estos experimentos variaron entre 50 y 80%.

EMPALMES

Para la instalacin de sistemas de fibra ptica es necesario utilizar tcnicas y dispositivos

de interconexin como empalmes y conectores.Los conectores son dispositivos mecnicos utilizados para recoger la mayor cantidad deluz. Realizan la conexin del emisor y receptor ptico.

En caso de que los ncleos no se empalmen perfecta y uniformemente, una parte de la luzque sale de un ncleo no incide en el otro ncleo y se pierde. Por tanto las prdidas que seintroducen por esta causa pueden constituir un factor muy importante en el diseo de


46/60

46

sistemas de transmisin, particularmente en enlaces de telecomunicaciones de grandistancia.

Los empalmes son las uniones fijas para lograr continuidad en la fibra.

En las fibras monomodo los problemas de empalme se encuentran principalmente en supequeo dimetro del ncleo Dn = 10m, esto exige contar con equipos y mecanismos dealineamiento de las fibras con una mayor precisin.

Las prdidas de acoplamiento se presentan en las uniones de:

Emisor ptico a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector.


47/60

47

Las prdidas de unin son causadas frecuentemente por una mala alineacin lateral, malaalineacin de separacin, mala alineacin angular, acabados de superficie imperfectos ydiferencias ya sea entre ncleos o diferencia de ndices, como los indicados en la figura.

Para realizar un empalme deben tenerse presente las siguientes consideraciones:

Sus prdidas pueden contribuir en forma considerable con el balance de potenciadel sistema (menor alcance).

Deben realizarse en el campo, no han de incluir partes delicadas difciles demanejar o procedimientos complejos (Empalmes econmicos confiables y decalidad).

Las prdidas se clasifican en intrnsecas (homogeneidad y composicin de la fibra)y extrnsecas (proceso de empalme, desalineacin).

TCNICAS DE EMPALME

Existen fundamentalmente 2 tcnicas diferentes de empalme que se emplean para unirpermanentemente entre s fibras pticas.

La primera es el empalme por fusin que actualmente se utiliza en gran escala, y lasegunda el empalme mecnico.

EMPALME POR FUSIN

Consiste en la unin permanente de las fibras mediante la fusin y unin de las mismas.

Anterior a la fusin de las fibras se calientan previamente para eliminar ciertasimpurezas, evitar la formacin de burbujas.

El empalme se realiza cuando las fibras a unir llegan a una temperaturasuficientemente alta como para fundirse.

La duracin del proceso puede estar en un minuto. Luego se protege la zona delempalme con manguito (termocontractil) el cual se le recubre con un tubito deacero (rigi

Documents

Fuentes Opticas, Lanzamiento y Acople de Potencia COMPLETO