EMISOR+LASER

1. **INTRODUCCIÓN**
Un transmisor óptico consta de un generador de portadora y un modulador. Los pulsos de información modulan a la portadora que es un haz de luz que se enciende y apaga. El transmisor básico es, en esencia, una fuente de luz. Las fuentes de luz más comunes son los diodos LED y laser, que se conmutan a velocidad muy alta, lo cual permite transmitir pulsos digitales a velocidad alta.

**2. DESARROLLO**
Se denomina transmisor óptico al sistema cuya función es convertir una señal eléctrica de entrada (información) en una señal óptica correspondiente, conduciéndola hacia el canal de comunicación, es decir la fibra óptica.
 * 2.1. TRANSMISORES OPTICOS **

La eficiencia en el acoplamiento de luz generada por la fuente dentro de la fibra óptica depende del diodo y fibra empleada.

La característica de corriente tensión de los diodos emisores de luz es idéntica a la de un diodo típico: en la zona directa existe baja conducción para valores menores del umbral de tensión y a partir de éste se aprecia un incremento considerable de corriente a pequeñas variaciones de voltaje. La característica típica de potencia óptica corriente presenta una zona lineal para determinados valores de corriente (en zona directa) hasta llegar a la saturación.
 * 2.1.1. DIODOS LED **

**Figura2: Diodo emisor de luz con la unión polarizada en sentido directo**

**Fuente: Alexander Ventura, http://www.monografias.com/trabajos60/diodo-led2.shtml** **Recopilación: 1/04/2013** Existen dos tipos de LED:


 * LED tipo Burrus: Tiene una estructura especialmente diseñada para su uso en fibras ópticas: se ha provocado una oquedad en el sustrato para alojar un extremo de la FO y aumentar así el acople óptico entre la unión y la fibra; de modo que entre más potencia a la fibra.
 * Diodo emisor de Extremo: Los contactos eléctricos cubren la parte inferior y superior del borde del emisor, el LED confina la luz en una región estrecha entre la unión pn,creando una guía de onda que canaliza la luz hasta el extremo donde se acopla la fibra

**2.2.1. Diodos laser ** Los láseres toman la forma de un diodo de inyección //pn// polarizado en directo, en el cual se han incorporado además de la unión //pn//, un par de superficies reflectantes que encierran a la unión y que permiten el confinamiento óptico de la radiación que se genera por recombinación en las vecindades de la unión. Debido a las ventajas que presenta este tipo de diodo, tales como: elevada potencia de salida (≈ 10mW), gran ancho de banda, posibilidad de modulación directa en altas frecuencias (superior a24GHz), ancho espectral angosto y alta eficiencia de acoplamiento con la fibra ( ≈ 30-50%), el láser es la fuente de luz más destacada en sistemas de transmisión por FO, sobre todo en los de alta capacidad con grandes longitudes.

** Figura 3: Ejemplo visual Diodo Laser **

**Fuente: http://www.shoptronica.com/img/p/Diodo%20Laser%20TO18.jpg** **Recopilación: 1/04/2013**

Dentro de los tipos de LASER se tienen:
 * Diodo Láser (Tipo Fabry-Perot): Es multimodo, la longitud típica de la cavidad resonante de estos diodos es 250µm y producen usualmente entre 5 y 11 modos. La potencia total emitida es de 2mW a 10mW, pero hay diodos láser especiales que pueden emitir hasta 1mW.
 * Láser Monomodo Longitudinal: añaden una condición de oscilación a la cavidad resonante formada en la región activa obligando al láser a reducir los modos que admite.

**2.2. POTENCIA ÓPTICA ** La potencia óptica se describe como el flujo de energía que atraviesa determinado punto en un tiempo especificado. La potencia óptica se define con la siguiente ecuación: Potencia = d (Energía)/d(Tiempo) P = dQ/dt (Watts)

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Donde: <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">P = Potencia Óptica (Watts). <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">dQ = Carga instantánea (Jules). <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Dt = Cambio instantáneo de tiempo (Segundos).

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">A veces la potencia óptica se le llama Flujo Radiante (Ø), que equivale a los Jules por segundo y es la misma potencia que se mide eléctrica o térmicamente en Watts. Los términos radiométricos se usan en general con fuentes luminosas cuyas potencias van de decenas de microwatts hasta más de 100 miliwatts. La potencia óptica se suele expresar en decibelios relativos a un valor definido de potencia.

**<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">2.3. CONCEPTO DE ONDA ** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Una onda es una perturbación que se propaga. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda.

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta (este es el foco de las ondas) y en esa partícula se inicia la onda. La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio con una velocidad constante (siempre que el medio sea isótropo).

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Una onda transporta energía pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

**<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">2.3.1. TIPOS DE ONDAS ** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Si las partículas del medio en el que se propaga la perturbación vibran perpendiculares a la dirección de propagación, las ondas se llaman transversales. Si vibran en la misma dirección se llaman longitudinales.

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Ejemplos de ondas transversales: las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda, la luz,etc.

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Ejemplos de ondas longitudinales: las compresiones y dilataciones que se propagan por un muelle, el sonido,etc.

**Figura 4: Ejemplo de particula que se propaga en direccion vertical mientras que la onda se progapa en direccion horizontal (Honda Transversal)**



**Fuente: http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/concytip.htm** **Recopilación: 1/04/2013**

**Figura 5: Ejemplo de particula que se propaga en direccion horizontal mientras que la onda se progapa en direccion horizontal (Onda Longitudinal)**



**Fuente: http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/concytip.htm** **Recopilación: 1/04/2013**

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las ondas pueden ser unidimensionales bidimensionales y tridimensionales según se propaguen en una sola dirección, en un plano o en las tres dimensiones del espacio. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Ejemplos: Unidimensional: Onda transversal en una cuerda <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Bidimensional: Olas concéntricas en la superficie de un estanque <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Tridimensional: El sonido en el aire. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Por último las ondas se dividen en materiales o mecánicas y electromagnéticas, la diferencia principal es que las ondas mecánicas necesitan un medio para propagarse mientras las ondas electromagnéticas, como la luz, pueden viajar por el vacío. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">**2.4. RADIACION** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En nuestro caso particular nos centramos en las radiaciones ópticas que por definición son aquellas cuya longitud de onda está comprendida entre 100 nm y 1mm. Existen 3 tipos de radiaciones ópticas: la radiación ultravioleta, visible e infrarroja.

**Figura 6: Tabla de radiacion de acuerdo a la longitud de onda**



**Fuente:****http://traballo.xunta.es/export/sites/default/Biblioteca/Documentos/Publicacions/FP_33_Radiaciones_xpticas_incoherentes_Castelxn.pdf** **Recopilación: 1/04/2013**

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Cuando hablamos de radiaciones ópticas incoherentes nos referimos a toda radiación óptica distinta del láser que se define como: (light amplification by stimulated emission of radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) todo dispositivo susceptible de producir o amplificar la radiación electromagnética en el intervalo de longitud de onda de la radiación óptica. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">2.4.1. RADIACION COHERENTE ** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Si todas las ondas que forman un haz se encuentran en fase una con otra en cada punto, tenemos una radiación óptica coherente o un haz láser altamente colimado. Cuando las ondas son coherentes, puede formarse un diagrama de interferencia formado por franjas oscuras y claras. Para producir un diagrama de interferencia constante, ambos trenes de onda deben estar polarizados en el mismo plano. Se dice que dos puntos de una onda son coherentes cuando guardan una relación de fase constante, es decir cuando conocido el valor instantáneo del campo eléctrico en uno de los puntos, es posible predecir el del otro. Existen 2 manifestaciones claramente diferenciadas de coherencia: la coherencia temporal y la espacial. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">**2.4.1.1. COHERENCIA TEMPORAL** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La coherencia temporal está relacionada con la correlación de la fase de energía de la onda en un determinado punto alcanzado por la misma en dos instantes de tiempo diferentes. Si consideramos el campo eléctrico en un punto //**P**// en dos instantes distintos **//t//** y //**t+T**// se define el tiempo de coherencia como el máximo valor de //**T**// para que la diferencia de fase entre el campo en ambos instantes permanece predecible. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">**2.4.1.2. COHERENCIA ESPACIAL** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La coherencia espacial hace referencia a una relación de fase definida entre puntos distintos de una sección transversal de un haz luminoso. Para ilustrar este concepto consideremos 2 puntos //**P1**// y //**P2**// que se encuentran en la misma sección transversal del haz (superficie perpendicular a la dirección de propagación), y sean //**E1(t)**// y **//E2(t)//** los campos eléctricos en ambos puntos. Si la diferencia de fase entre los campos permanece constante en cualquier instante //**t > 0**// se dice que entre ambos puntos hay una coherencia espacial perfecta. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En general para un determinado punto //**P1**//, los puntos //**P2**//, para los cuales se cumple la condición de coherencia espacial, pertenecen a una área limitada en torno a //**P1**// llamada área de coherencia, por lo que se dice que el haz presenta coherencia espacial parcial.

**Figura 7: Ejemplo de radiacion optica coherente**

**Fuente:** **http://traballo.xunta.es/export/sites/default/Biblioteca/Documentos/Publicacions/FP_33_Radiaciones_xpticas_incoherentes_Castelxn.pdf** **Recopilación: 1/04/2013**

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">**2.4.2. RADIACION INCOHERENTE** <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Cuando tenemos un conjunto de ondas y ninguna de ellas presenta relación con las otras ondas dentro del haz, se dice que esta radiación es incoherente, es decir, carece de orden interno.

**Figura 8: Ejemplo de radiacion optica incoherente**

**Fuente:** **http://traballo.xunta.es/export/sites/default/Biblioteca/Documentos/Publicacions/FP_33_Radiaciones_xpticas_incoherentes_Castelxn.pdf** **Recopilación: 1/04/2013**

**<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">2.5. TIEMPO DE RESPUESTA ** <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16px; text-align: justify;">El tiempo de respuesta se define como el tiempo que pasa desde que se envía una comunicación y se recibe la respuesta.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16px; text-align: justify;">Fig. 1 Respuesta de un láser DFB, trabajando a 1,3 nm modulado en pequeña señal, en función de la frecuencia de modulación para diversos niveles de polarización.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16px; text-align: center;">Fuente: http://delibes.tel.uva.es/tutorial/Tema_II/Laser/TUTORIAL/Laser.html

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16px; text-align: justify;">Este tiempo de respuesta es debido a varias contribuciones:
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Tiempo de espera en el transmisor, debido a retrasos para preservar la capacidad de la red antes de que ocurra la transmisión.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Tiempo de transmisión del mensaje, que depende de la longitud del mensaje y de la velocidad de transmisión.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Tiempo de propagación, que depende de la arquitectura de la red, y el número de saltos. Este retraso ocurre en los caminos de ida y de vuelta.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Tiempo de procesamiento del mensaje en el receptor, y tiempo necesario para generar la respuesta.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Retraso producido por el protocolo, como resultado del control de errores, o control de flujo entre emisor y receptor.

**FIGURA # 2**
 * 2.6. ANCHO ESPECTRAL **

**FUENTE:** http://1.bp.blogspot.com/_pZR-MkUqhAc/TOfKx4y70PI/AAAAAAAABvs/6Re_k1dK6nU/s1600/compa-laser-led.png

En las telecomunicaciones, la anchura espectral es el intervalo de longitud de onda durante la cual la magnitud de todos los componentes espectrales es igual o mayor que una fracción específica de la magnitud de la componente que tiene el valor máximo. En aplicaciones de comunicaciones ópticas, el método habitual de especificar anchura espectral es la anchura total a media máxima. Esta es la misma convención utilizada en ancho de banda, que se define como el intervalo de frecuencias donde la potencia se reduce en menos de media (en dB más -3). El método FWHM puede ser difícil de aplicar cuando el espectro tiene una forma compleja. Otro método de especificar anchura espectral es un caso especial de la raíz cuadrada media desviación donde la variable independiente es la longitud de onda, λ, y f (λ) es una cantidad radiométrica adecuado. La anchura espectral relativa, Δλ / λ, se utiliza con frecuencia donde Δλ se obtiene de acuerdo con la nota 1, y λ es la longitud de onda central. La emisión laser consiste en una serie de líneas espectrales separadas entre si 0.1 a 1.0 nm en un espectro de anchura 1 a 5 nm, estos valores son varios ordenes de magnitud mayores que el ancho de banda necesario para la transmisión Se necesitan tres requerimientos para las fuentes ópticas del sistema coherente:
 * El láser emisor ha de ser monomodo con una anchura espectral pequeña comparada con el ancho de banda necesario para la transmisión
 * Debido a que la longitud de onda de 1.5 um equivale a 200.000 Ghz, se necesitan estabilidades en frecuencia comprendidas entre 10^-7 y 10^-10
 * En el láser del oscilador local ha de haber un control automático de la frecuencia en el caso de un sistema heterodino y para un sistema homodino será necesario enganchar en fase con el láser emisor


 * 2.7. LONGITUD DE ONDA.- ** Representada por la letra griega lambda λ, es la distancia entre dos picos de señal consecutivos. Las longitudes de la luz visible son cercanas a los 500nm, diferentes longitudes de onda corresponden a diferentes espacios en el espectro electromagnético. Los ojos humanos pueden ver luz de diferentes longitudes de onda comprendidas entre 400nm (luz violeta) y 700nm (luz roja). La frecuencia de la señal determina su color, en la siguiente tabla se hace un resumen.



Fuente: Atkins P. W. – Ones L. (2005), //Principios de química: Los caminos del descubrimiento 3º Ed.,// Argentina, Editorial médica Panamericana S.A.

La fórmula para encontrar la longitud de onda es la siguiente:



Fuente: Tomasi W. (2003), // Sistemas de comunicaciones electrónicas 4º Ed., // México, Pearson Education México Como periodo es 1/f



Fuente: Tomasi W. (2003), //Sistemas de comunicaciones electrónicas 4º Ed.,// México, Pearson Education México

Ejemplo: sea la respuesta a ax1(t) + bx2(t) = ay1(t) + by2(t) para tiempo continuo (a y b son constantes cualesquiera) ax1[n] + bx2[n] = ay1[n] + by2[n] para tiempo discreto (a y b son constantes cualesquiera) Las anteriores respuestas pueden combinarse en:
 * 2.8. LINEALIDAD.- ** Un sistema lineal es todo aquel que tiene la propiedad de superposición (si una entrada tiene varias señales, la entrada será la suma de todas esas señales y la salida es la suma de las respuestas a cada una de las señales de la entrada)

<span style="font-family: Calibri,sans-serif; font-size: 11pt;">

Fuente: Oppenheim (1998), //Señales y sistemas 2º Ed.,// México, Pearson Education de México

** 2.9. CURVAS DE POTENCIA EN RELACIÓN A CORRIENTE INYECTADA **

** FIGURA # 3 **. // a)- curva potencia óptica versus corriente inyectada. b) Espectro de emisión //
 * Fuente: ** []

** Ecuación de tasa para los portadores de carga. ** A variación temporal de la densidad de portadores de carga en la región activa del láser, asumiendo una variación uniforme, es dada por los portadores de carga inyectados por la corriente en la región activa, la una tasa de I(t)/qV portadores/segundo en el volumen V, menos los portadores de carga consumidos por recombinaciones radiactivas espontánea y recombinaciones no-radiactivas, la una tasa de N(t)/tn, portadores/segundo en el volumen V, y menos los portadores de carga consumidos por la recombinación radiactiva estimulada, realizada la una tasa de G.[N(t) - Ntrans].S(t) portadores/segundo en el volumen V.Colocando esos términos en una ecuación matemática, se tiene:

donde q es la carga electrónica, V es el volumen de la región activa, 1/tn=1/tr+1/tnr es el tiempo de vida medio de los portadores, considerando ambas recombinaciones, G es la ganancia en la región activa dato por G=vga0/(1+ε.S(t)), vg es la velocidad de grupo, a0 es el coeficiente de ganancia, y ε es el factor de compresión de ganancia, S(t) es la densidad de fotones, α es el factor de anchura de línea, β es la fracción de emisión espontánea acoplada en el modo en oscilación, es el factor de confinamiento, Ntrans es la densidad de portadores de carga en la transparencia, situación donde las pérdidas igualan a la ganancia en la región de generación.

**3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS**
<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Peter, B., Walter, E., Franz, H., Norbert, J., Jurgen, M., Otto, S., Frank-Dieter, S., Klaus, T., (1996). __Ciclos Formativos Electro-técnica (FachKunde Elektrotechnik)__ (21ª. Edición). Verlag-Europa: Nourney. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Daniel, P., Francisco, R., José, C., __Sistemas de Comunicaciones Ópticas.__ España: Valencia <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">María, C. (2005). __Comunicaciones Ópticas.__ España: Madrid <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Tomasi, W., (2003), __Sistemas de comunicaciones Ópticas__ (4ta. Edición), Mexico. <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Roy Blake, __Sistemas Electrónicos Comunicaciones__ (2da. Edición). <span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Franscisco J. Copa Rodriguez, __Radiaciones Ópticas Artificiales Incoherentes,__ Instituto Gallego de Seguridad y Salud Laboral – ISSGA Jose ManuelMartínez, Jose Albella Martin. (1998), Optoelectronica y Comunicacion Optica, Editorial: Madrid, España <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16px; text-align: justify;">Uyless D. Black (1998), Redes de transmisión de datos y proceso distribuido. 3°Ed. Díaz de Santos. España Antonio Ricardo Castro Lechtaler. (1999), Teleinformatica: Para ingenieros en sistemas de información, Editorial: Reverte S.A. Barcelona España Oppenheim (1998), // Señales y sistemas 2º Ed., // México, Pearson Education de México Atkins P. W. – Ones L. (2005), // Principios de química: Los caminos del descubrimiento 3º Ed., // Argentina, Editorial médica Panamericana S.A.

(Estudiante: Jumer P. Ramos Jacobo ) en 2 de abril del 2012 (Estudiante: Henry M. Apaza Lujan) en 02 de abril del 2013 (Estudiante: Cesar M. Cabrera Vasquez) en 02 de abril del 2013 (Estudiante: Jorge Lujan) en 2 de abril del 2013 (Estudiante: Oscar Rodriguez) en 2 de abril del 2013 (Estudiante: Gil Monteiro) en 2 de abril del 2013
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