ingeniera

“Dispositivos y Medios de
Transmisión Óptica”
• Emisores ópticos:
característicos

Tipos

y

parámetros

Autor: Jose Manuel Sánchez Pena
Revisado: Carmen Vázquez García
Colaborador: Pedro Contreras

Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas (GDAF)
Dpto. de Tecnología Electrónica
Universidad CARLOS III de Madrid

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1. Introducción
Estructura general sistema decomunicaciones

Fuente de información

Transmisor

Medio

Receptor

Destino

Fuente de
perturbaciones
Común todo sistema comunicaciones. Diferencia: BANDA FRECUENCIAS
emplea transmisión.
Necesidad de fuentes de
luz en ese rango espectral
GDAF: 2011-2012

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M1. Introducción
La luz (portadora óptica) se modula con la señal a transmitir.
Ejemplo digital:
+

AC
DC

P”1”
P”0”P"1" >> P"0" > 0
P"1"
≈ 10dB
P"0"

La fibra óptica transmite esa información
Necesidad modular la luz emitida
por las fuentes ópticas para enviar
información
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M1. Introducción. Elementos de un enlace
Transmisor óptico

conector
Divisor de
potencia

empalme

Datos

Fuente

Driver

Óptica
pigtail
Detector

Repetidor
Medio
FO

Atenuación
dispersión

ópticoSeñal a otro
enlace

electrónica

Receptor óptico

Trx óptico
Amplif. óptico

Datos
Detector
óptico

preamplif

Procesador de
señal

1. Introducción
Antecedentes
Medio transmisor: fibra óptica (FO).
• 1966 Kao y Hockman sugieren
1966,
empleo de FO para transmisión a
largas distancias, vidrio sílice 1000
dB/Km (coaxial 5-10dB/Km).
• 1970 Compañía Corning Glass Works:
1970,Kapron, Keck, Maurer obtienen FO 20
dB/Km @ 1µm
• 1972 4dB/Km, 1975 2dB/Km @ 850n
1972,
• 1976 0.5dB/Km @ 1300 nm
1976,
• 1979 0.2dB/Km @ 1.55µm
• 1985 DSF bajas pérdidas y dispersión
• 1990 EDFA, amplificación
• 1998 NZDSF, evitar FWM en WDM

Emisor: láser
• 1960, 1er láser funcionamiento, rubí
material base.
• 1962 láser He-Ne 632.8 nm...
1962,
• 1973 láser semiconductor LDtiempo
1973,
vida>1000 horas
• 1977 >7000h, 1º LD @ 1300nm
• 1979
1979>100.000h, 1º LD @ 1500nm
FP, anchura 2-5nm,AlGaAs/GaAs:0.8-0.9µ
InGaAsP/InP: 1.3 -1.5 µm.

•

Mejoras anchura línea, ancho banda,
rango sintonía:

GDAF: 2011-2012

DFB (realimentación distribuída): 1MHz, 10Gb/s
DBR (reflectores Bragg distribuídos): 2-10nm, 500 KHz
ECL (cavidad externa): 100KHz, 60 nm
MQW(múltiples pozos cuánticos): 270 KHz, >30 GHz

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2. Emisores Ópticos:
Luminiscencia de Inyección
Mecanismos de Recombinación Radiativa e-h en
uniones p-n
pBC

BC

BC
Eph

Eph

Ed

Ea
BV
(a) Transición
directa banda
BC-banda BV

Eph
BV

(b) Transición de
un e desde BC a
nivel aceptador Ea

BV
(c) Transición de un e
desde nivel donante
Ed a banda BV

Eph=hc/λ = Ec-Ev =Eg (eV) para el caso (a)
λ
• h es la constante de Planck
• c es la velocidad de la luz
• λ la long. de onda de la radiación emitida

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2. Emisores Ópticos:
Luminiscencia de Inyección
Espectro y Potencia en LEDs
La long. de onda emitida λ, es dada por
λ= hc/Eph
∆λ es el ancho espectral, ∆λ = - (hc/E²ph)∆Eph,
∆
γ=ancho espectral relativo, puede expresarse como:
γ= ∆λ / λ=∆Eph/Eph
λ

= 2,4 KT/Eph

P= Pot. Radiada (para los casos (b) y (c), es decir cuando la
transición no es BC-BV) se puede expresar como:
P= α (Eph-Eg) exp [- (Eph-Eg)/KT] , donde el pico de potencia
radiada se produce para una energía de fotón:
Eph=Eg+KT

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2. Emisores Ópticos:

BC
Fotón

BV
Momento

Energía Electrón

Energía Electrón

Selección de materiales para LED
SC bandadirecta y banda indirecta
BC
Fonón
Fotón
BV
Momento

Materiales con gap de banda directa:
GaAs, GaSb, InAs.

Materiales con gap de banda
indirecta: Si, Ge, GaP.
• Los sc de banda directa tienen el mismo momento y cuando se produce la
recombinación directa de electrones dan lugar a un fotón.
• Los sc de banda indirecta tienen diferente momento y en la recombinación
se producen...