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1 COMUNICACIONES CON FIBRA OPTICA Un sistema óptico que utiliza luz como portador de información es en esencia un sistema de comunicaciones. Sin embargo es difícil e impráctico propagar ondas luminosas por el espacio o atmósfera terrestre, por ese motivo se las confina dentro de un tubo de vidrio o plástico para poder contener la información y enviarlas en forma similar a las ondas electromagnéticas en una guía de ondas. La optoelectrónica es la rama de la electrónica que estudia la transmisión de la luz en diversos medios. Una fibra óptica es un elemento conductor de luz cuyo principio de funcionamiento esta basado directamente en el fenómeno de la reflexión total. La fibra óptica puede estar fabricada con vidrio o con plástico.(Ver apuntes de FO) Sabemos que la capacidad de conducción de información de un sistema electrónico de comunicaciones es directamente proporciona la su amplitud de banda. Para fines comparativos se acostumbra expresar el BW (ancho de banda) de un sistema analógico de comunicaciones como un porcentaje de la frecuencia de su portadora. A esto se lo llama relación de utilización del ancho de banda. Las comunicaciones a través de fibra óptica necesitan de un enlace llamado enlace de comunicaciones .Los bloques principales son a) El transmisor. b) El receptor c) La guía de fibra El transmisor consiste en una interconexión o interface analógica ó digital, un convertidor de tensión a corriente, una fuente luminosa y un acoplador de luz de fuente a fibra. La guía de fibra es el cable de vidrio o sílice o plástico ultra puro. El receptor comprende un dispositivo detector acoplador de fibra a luz, un detector fotoeléctrico, un convertidor de corriente a tensión, un amplificador y por ultimo la interface analógica o digital. Entrada Fibra óptica Fibra óptica Salida En un transmisor de fibra óptica, la fuente luminosa se puede modular por una señal digital o analógica. Para la modulación analógica, la interface de entrada compensa las impedancias y limita la amplitud de la señal de entrada. Para la modulación digital, la fuente original puede tener la forma digital o ser analógica. En este caso debemos procesar la información y convertirla en digital es decir en una corriente de pulsos. Agregamos entonces un convertidor analógico-digital El convertidor de tensión - corriente sirve como interconexión eléctrica entre los circuitos de entrada y fuente luminosa. La fuente luminosa puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un diodo de inyección laser (ILD). La cantidad de luz emitida por un LED o un ILD es proporcional a la cantidad de corriente de excitación. Así el convertidor de tensión a corriente convierte la tensión de la señal de entrada en una corriente que se utiliza para activar la fuente luminosa. El acoplador entre fuente luminosa y la fibra óptica generalmente es una lente o sea es una interface mecánica. Su función es acoplar con la menor perdida posible (atenuación) la señal que le llega y la que transmite a la fibra. Interface Convertidor de V(t) a i(t) Fuente Luz Interfaz a fibra Interfaz de fibra a detector de luz Detector de Luz Convertidor de i(t) a V(t) Interface

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COMUNICACIONES CON FIBRA OPTICA

Un sistema óptico que utiliza luz como portador de información es en esencia un sistema de comunicaciones. Sin embargo es difícil e impráctico propagar ondas luminosas por el espacio o atmósfera terrestre, por ese motivo se las confina dentro de un tubo de vidrio o plástico para poder contener la información y enviarlas en forma similar a las ondas electromagnéticas en una guía de ondas.

La optoelectrónica es la rama de la electrónica que estudia la transmisión de la luz en diversos medios. Una fibra óptica es un elemento conductor de luz cuyo principio de funcionamiento esta basado directamente en el fenómeno de la reflexión total. La fibra óptica puede estar fabricada con vidrio o con plástico.(Ver apuntes de FO)

Sabemos que la capacidad de conducción de información de un sistema electrónico de comunicaciones es directamente proporciona la su amplitud de banda. Para fines comparativos se acostumbra expresar el BW (ancho de banda) de un sistema analógico de comunicaciones como un porcentaje de la frecuencia de su portadora. A esto se lo llama relación de utilización del ancho de banda.

Las comunicaciones a través de fibra óptica necesitan de un enlace llamado enlace de comunicaciones .Los bloques principales son

a) El transmisor. b) El receptor c) La guía de fibra

El transmisor consiste en una interconexión o interface analógica ó digital, un convertidor de tensión a corriente, una fuente luminosa y un acoplador de luz de fuente a fibra. La guía de fibra es el cable de vidrio o sílice o plástico ultra puro.

El receptor comprende un dispositivo detector acoplador de fibra a luz, un detector fotoeléctrico, un convertidor de corriente a tensión, un amplificador y por ultimo la interface analógica o digital.

Entrada Fibra óptica

Fibra óptica Salida

En un transmisor de fibra óptica, la fuente luminosa se puede modular por una señal digital o analógica. Para la modulación analógica, la interface de entrada compensa las impedancias y limita la amplitud de la señal de entrada. Para la modulación digital, la fuente original puede tener la forma digital o ser analógica. En este caso debemos procesar la información y convertirla en digital es decir en una corriente de pulsos. Agregamos entonces un convertidor analógico-digital

El convertidor de tensión - corriente sirve como interconexión eléctrica entre los circuitos de entrada y fuente luminosa. La fuente luminosa puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un diodo de inyección laser (ILD).

La cantidad de luz emitida por un LED o un ILD es proporcional a la cantidad de corriente de excitación. Así el convertidor de tensión a corriente convierte la tensión de la señal de entrada en una corriente que se utiliza para activar la fuente luminosa.

El acoplador entre fuente luminosa y la fibra óptica generalmente es una lente o sea es una interface mecánica. Su función es acoplar con la menor perdida posible (atenuación) la señal que le llega y la que transmite a la fibra.

Interface Convertidor de V(t) a i(t)

Fuente Luz Interfaz a fibra

Interfaz de fibra a detector de luz

Detector de Luz

Convertidor de i(t) a V(t)

Interface

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La fibra es un núcleo de vidrio o plástico recubierto por un material protector. El acoplador entre la fibra y detector de luz también es mecánico. Su función es sacar tanta luz de la fibra como la que se inyecto y ponerla en el detector de luz.

El detector de luz es comúnmente un diodo PIN (tipo p, tipo n intrínseco) o un fotodiodo de avalancha (APD- Avalanche photodiode). Tanto el PIN como el APD convierten la luz que incide en corriente. Por ultimo necesitamos un convertidor de corriente a tensión. La interface analógica o digital en la salida también es una conexión eléctrica.

Ahora veremos las características de la fuente luminosa llamada LASER. El término LASER es un acrónimo. Deriva de la frase “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” que traducida significa Amplificación de la Luz por emisión de radiaciones estimuladas.

La historia comenzó en 1916, cuando Albert Einstein estudiaba el comportamiento de los electrones en el interior del átomo. Por regla general, los electrones son capaces de absorber o emitir luz. En realidad, los electrones emiten luz espontáneamente sin ninguna intervención externa. Sin embargo, Einstein previó la posibilidad de estimular los electrones para que emitiesen luz de una longitud de onda determinada. El estímulo se lo proporcionaría una luz adicional de la misma longitud de onda. A pesar de que R. Ladenberg verificó el pronóstico de Einstein en 1928, nadie pensó seriamente en construir un dispositivo basado en el fenómeno en cuestión hasta principios de los años cincuenta. Mas adelante con el advenimiento de las comunicaciones de alta frecuencia lo que se trataba de hacer era resonar las microondas. Así nació el primer resonador de microondas que lo llamaron MASER

De este modo el MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) paso a ser LASER cuando de las microondas pasamos a las ondas de luz, entonces un Laser es un dispositivo que produce y amplifica la luz. El mecanismo por el cual esto se cumple (Emisiones Estimuladas) fue postulado por primera vez por Einstein. La luz que produce un LASER es única y se caracteriza por sus propiedades las cuales son imposibles de obtener por otra forma que no sea un LASER. En realidad hicieron hacer resonar la luz, así nació el LOSER que significa Oscilación de la luz por emisión estimulada, pero LOSER en ingles es perdedor por lo que cambiaron la letra O por A (ya que oscilación es una forma de amplificación tambien). Asi no quedo perdedor ya que era un nombre nada promisorio para un aparato que recién nacía.

Para lograr un mayor entendimiento sobre que es el LASER y sobre lo que el puede lograr haremos un resumen de algunos de los fenómenos que participan en la acción que nos ocupa.

Física de la Luz: Para iniciar la explicación es necesario entender la naturaleza intrínseca de la luz. Se pueden analizar por completo estudiando las ecuaciones de Maxwell pero este tema excede lo que pretendemos y para la mayoría de las aplicaciones practicas los analizaremos como un trazado geométrico de ondas o sea de rayos incidentes y reflejados, que en definitiva se obtienen resultados con bastante exactitud.

La luz es una forma de energía electromagnética y como tal esta formada por una amplia gama de frecuencias o de longitudes de onda .El espectro electromagnético es precisamente el ordenamiento de estas frecuencias en zonas según la fuente principal que las produce.

La clasificación no tiene límites estrictos puesto que fuentes luminosas diferentes producen radiaciones electromagnéticas en intervalos de frecuencias superpuestas.

TIPO DE RADIACION FRECUENCIA LONG. DE ONDA

(Hertz)

REGION ONDAS DE RADIO 10 9 Y MENOS 300 mm y mas DE

ONDAS MICROONDAS 109 -1012 300 mm - 0,3 mm

INFRARROJO 10 12 4,3 x1014 REGION OPTICA VISIBLE 4,3 x1014 - 5,7 x1014 0.7 µm -0,4 µm

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U.V 5,7x 1014 - 1016 0,4 µm- 0,03 µm

REGION RAYOS X 1016-1019 300 A°-0,3 A° DE

RAYOS RAYOS γ (GAMMA) 1019 y mas 0,3 °A y menos

El intervalo de frecuencias luminosas que detecta el ojo humano ocupa un segmento muy angosto del espectro total. Analizando la región óptica vemos que el rango visible abarca desde los 0,4 µm a los 0,7 µm o bien desde los 400nm-700nm (nm=nanómetros). Por ejemplo la luz azul ocupa las longitudes de onda mas cortas de la luz visible y los tonos rojos ocupan λ (Long. De onda) mas largas.

Como se observa el rango de ondas que detecta el ojo humano va desde los aprox 380 nm hasta los 780 nm. Pero la luz consiste en muchos tonos de colores que se relacionan directamente con la energía calorífica que irradian. Se ve en el grafico que se produce más luz visible a medida que aumenta la temperatura del foco. Las fuentes de luz que se utilizan en las fibras ópticas deben tener una λ (longitud de onda) que se propaguen con eficiencia. Se debe tener presente que a mayor intervalo de λ será mas probable que se presente la dispersión cromática. Otro tema importante es que la fuente de luz debe producir la potencia necesaria para permitir que el haz de luz se propague por la fibra sin causar distorsiones no lineales en ella y en el receptor. Por ultimo se debe fabricar la fuente de energía de manera que se pueda acoplar con la fibra en forma eficiente.

Desde el punto de vista clásico la radiación electromagnética (REM) simultáneamente posee 2 cualidades aparentemente contradictorias

•Ondas que se propagan a través del espacio

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•Partículas que poseen energía discreta llamados FOTONES

Ambas propiedades se combinan en el concepto corriente que tenemos sobre lo que es la luz. Como una ayuda para comprender estos fenómenos diremos que la luz se mueve del mismo modo que lo hacen las ondas cuando un cuerpo flota en el agua. Decir que la energía definida se halla asociada con las radiaciones es un hecho que se considera característico de la propiedad corpuscular lumínica. Por esto hay dificultad de visualizar las REM como ondas continuas o que se propagan continuamente en el espacio.

Pensemos que las REM consisten en un limitado grupo de ondas (wave packet) que se los llama FOTONES .Este paquete de ondas o concentraciones localizadas de energía (fotones) cuyo valor es proporcional a la frecuencia de la luz se mueven a través del espacio dejando satisfecha la humana necesidad de visualizar lo que realmente no podemos ver.

Los electrones normalmente están ligados a la idea del metal, es decir que si se los quiere arrancar del metal se les debe suministrar una energía suficiente para vencer las fuerzas que los ligan. Recordar que los átomos están ligados de 3 formas (electrovalente, covalente y coordinada). Esa energía o trabajo de extracción se puede determinar a partir de otro fenómeno conocido como emisión termo electrónica. La luz entonces se produce cuando a un átomo se lo excita y es ese proceso la génesis del LASER.

Veamos primero los niveles de energía atómica y luego miremos como los cambios en estos niveles de energía pueden primar en la producción de una luz laser

Vamos a realizar una serie de simplificaciones respecto al concepto de la física del átomo a los fines de la explicación .Asumiremos entonces que el átomo consiste en un pequeño y denso núcleo y que uno o más electrones giran alrededor de ese núcleo.

La relación entre los electrones girando y el núcleo se describe en términos de niveles de energía. La mecánica cuántica predice que estos niveles energéticos son distintos.

Veamos un diagrama simplificado de un nivel energético que permite visualizar fácilmente las diferencias entre los niveles de energía.

E

E4 N4

E3 N3

E2 N2

E1 N1

E0 N0

N

Los electrones ocupan normalmente los niveles más bajos de energía disponible o existente. Cuando se da el caso de E0 se dice que el átomo se halla en el estado basal (ground state). Todo tiende a estar en reposo (Incluso nosotros). Sin embargo los electrones pueden ocupar niveles de energía mas altos o mayores, dejando algunos niveles de energía inferiores vacantes o parcialmente poblados. Una forma por la cual los electrones pueden cambiar desde de un nivel de energía hacia otro es mediante la absorción o emisión de energía luminica.Uno de los medios para los cuales un átomo puede cambiar su estado energético es a través de lo que se llama Transición Radioactiva.

Existen 3 tipos de transición radioactiva, dos de ellas son familiares a nuestro conocimiento, la absorción y emisión espontanea, pero la 3ra.Emision estimulada no es tan familiar.

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El fenómeno de absorción:

Un electrón puede absorber energía desde una variedad de fuentes externas. Desde el punto de vista de la acción LASER dos métodos de suministro energético para los electrones son de importancia fundamental. El 1° de ellos es la transferencia de toda la energía de un fotón directamente a un orbital electrónico. El incremento en la energía del electrón embestido causa que este salte hacia un nivel de energía superior, el átomo entonces de dice que está en estado excitado. Es importante notar que un electrón puede aceptar solo una precisa cantidad de energía que es la requerida para moverlo de un nivel de energía hacia otro lado. Por otra parte solo FOTONES que contengan la exacta cantidad de energía aceptable para que el electrón pueda ser absorbido. Fotones con solo un poco mas de energía o menos no serán absorbidos.

Otra forma frecuente para excitar electrones es una descarga eléctrica. En esta técnica la energía es suministrada por la colisión de electrones que han sido acelerados a través de un campo eléctrico.

El resultado de cualquier tipo de excitación electrónica es que a través de la absorción de energía, un electrón puede situarse en un mayor nivel energético que el que residía originariamente. Como resultado de ello, el átomo del cual forma parte, se dice que pasa a un estado estimulado o excitado.

Emisión espontanea

La naturaleza de toda materia es que tanto las estructuras atómicas como moléculas tienden a existir en el menor o más bajo estado energético posible. De este modo un electrón excitado en un mayor nivel energético que el correspondiente, tenderá súbitamente a des excitarse a si mismo, pero de diversas formas. Parte de la energía desprendida se transforma en calor o bien en lo que se llama emisión espontanea de un fotón. El fotón puesto en libertad poseerá un total de energía exactamente igual a la diferencia de energía entre el nivel de su estado excitado y el nivel basal. Esta liberación de energía se la llama Emisión Espontanea.

Un ejemplo de Emisión (y absorción) espontanea se puede apreciar en los materiales fosforescentes, como los carteles indicadores de salida o chalecos de policía. Los átomos están excitados por fotones de energía apropiada, brindada por el sol o por una lámpara. Mas tarde en la oscuridad, los átomos se des excitan a si mismos por emisión espontanea de fotones, en forma de luz visible (por eso brillan).

Otro ejemplo es la luz de neón de carteles luminosos de colores. Los átomos de neón son excitados por una descarga eléctrica a través del tubo de vidrio. Ellos se des excitan a si mismos, por emisión de fotones que brindan luz visible. Notar que en ambos ejemplos la fuerza de excitación no es de una única energía, de modo que los electrones suelen ser excitados desde varios niveles de energía diferente. Los fotones liberados en la des excitación deben tener cualquiera de estas diferentes frecuencias y las emisiones de energía pueden apreciarse a simple vista como luz blanca.

Emisión estimulada.

Quizá este tipo suela ser la menos conocida de transición radioactiva. Como hemos dicho,Einstein fue quien postulo en 1917 que un fotón liberado desde un átomo excitado puede interactuar con un segundo átomo –similarmente excitado- gatillando este segundo átomo hacia la des excitación con la consecuente liberación de un fotón. Este fotón liberado por el 2° átomo será idéntico en frecuencia, energía, dirección y fase que el fotón gatillo y este último seguirá en su orbita invariable. Entonces donde había un electrón ahora hay dos. Estos dos fotones pueden proceder a estimular más átomos a través del proceso de emisión estimulada.

Si en un medio apropiado contiene gran cantidad de átomos excitados y la des excitación ocurre solamente por emisión espontánea, la luz emitida será igual en todas direcciones. El proceso de emisión estimulada, sin embargo, puede causar la amplificación de un número de fotones que viajan en una dirección en particular, en forma de “cascada de fotones”. Esta dirección preferencial está establecida por la colocación de espejos reflectantes dentro de una cavidad óptica llamada cavidad resonante.

Así el número de fotones no normales (perpendiculares) a los espejos escaparan. Entonces el número de fotones que viajan a lo largo del eje entre los dos espejos se incrementa y ocurre el fenómeno LASER

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Volvamos al grafico de emisión estimulada y es ahí que Einstein pudo explicar el hecho de que la emisión aumenta con el número de fotones que se encuentra en una cavidad resonante. Supongamos que la suma de todas las poblaciones es N= N2+N1

Este sistema de átomos o moléculas se halla dentro de una cavidad resonante, por lo tanto la energía presente de los fotones será (E2-E1) =hγ

E2 N2

E1 N1

De acuerdo a lo descripto por el modelo de Bohr, los sistemas emitirán fotones al ir del estado E2 E1 ó bien absorberán fotones si van del estado E1 E2.

Entonces como dijimos se distinguen 2 procesos o fenómenos:

La emisión que hace crecer el N° de fotones y que será proporcional al N° de átomos N2 que están en condiciones de emitir se denomina emisión espontanea

La absorción que hace decrecer el N° de fotones y que será proporcional al N° de átomos N1 que están en condiciones de absorber fotones y además es proporcional a la densidad de energía hγ ,ya que hay mayor absorción cuanto mayor es hγ

Einstein supuso que además de la emisión espontanea debía existir otra emisión que el llamó estimulada y que debería ser proporcional a N2, numero de átomos en condiciones de emitir y además proporcional a hγ. Entonces cuanto mayor sea la energía hγ que se disponga en una cavidad mayor será la emisión estimulada.

De esta forma Einstein pudo explicar (en teoría) el hecho que la emisión aumenta con el número de fotones que contiene una cavidad. Cuando el átomo en el estado E2 es atacado por un fotón de energía (E2-E1) =hγ puede descender al nivel E1 y el 2° fotón que emite acompañara al 1° fotón.

Hay así una multiplicación de fotones, ya que uno de estos dos puede volver a repetir el proceso otra vez con otro átomo que se encuentre en E2 y esto es lo que se denomina “amplificación de la radiación por emisión estimulada.

Cuanto mas poblado este el nivel E2 mayor será la posibilidad de amplificar la radiación. Por eso es necesario lograr una mayor población en E2 que en E1

Si se toma en cuenta que un fotón puede ser descripto también como una onda asociada, es importante señalar las principales características de la emisión estimulada.

En efecto las ondas que poseen la misma frecuencia o sea la misma longitud de onda (λ) se suponen que están en fase, es decir que se suman. Además salen en la misma dirección y con el mismo plano de vibración o sea con la misma polarización.

La emisión espontanea sigue existiendo pero es tan insignificante frente a la emisión estimulada que la1° se verá como ruido frente a la otra. Es decir es muy débil.

ANTES DESPUES

Absorción estimulada

hλ E1 E1

E0 E0

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Emisión espontanea

E1 E1 hλ

E0 E0

hλ Emisión estimulada 2 hλ

E1 E1

E0 E0

Nos queda por describir el proceso de Inversión de población de electrones.

Prácticamente hablando, el proceso de emisión estimulada no produciría una muy eficiente o aún notable amplificación de la luz, a menos que ocurra una condición denominada “INVERSION DE POBLACION”.

Si solo 2 de varios millones de átomos están en estado excitado, las chances de que ocurra la emisión estimulada son infinitamente pequeñas. Cuanto mayor es el porcentaje de átomos excitados, mayor es la probabilidad de que ocurra la emisión estimulada.

En el estado normal de la materia, la población de electrones será tal que la mayoría de los electrones residen en el estado basal o los mas bajos niveles energéticos, dejando los niveles superiores despoblados (Ver grafico)

E1 E1

E2 E2

Eb Eb

NORMAL INVERTIDO

Cuando los electrones son excitados y llenan estos niveles superiores, llega un punto en que existe mayor cantidad de átomos excitados que no excitados, en este caso se dice que la población esta invertida.

Si la radiación es luz, se crea el LASER y la mejor definición la dio Theodor Maimann, científico de la Hughes Aircraft Company de California en 1960 que dirigió un rayo de luz excitando a un cristal de rubí dentro de una cavidad resonante. Por lo tanto no vamos a analizar otras definiciones más o manos complicadas.

Pero al ser el LASER una fuente de luz ,es interesante ver que lo diferencia de otras fuentes de luz tal como el sol por ejemplo o las lámparas (bombillas)

Un LASER se diseña para que la radiación emitida posea características tales como la intensidad, direccionalidad, pureza de color en muy alto grado.

Estas propiedades son importantes y sorprendentes y por eso se los utiliza en varas aplicaciones y campos tan disimiles como metrología, medicina comunicaciones etc.

Generalmente todos vimos el rayo color rojo de un pequeño laser de HeNe (helio-neón) de muy baja potencia que ha sido apuntado hacia un blanco distante muchos metros incluso Km. Si miramos en la dirección de la fuente, o sea en la dirección del haz (de frente a él) nos llamara la atención el brillo que la luz posee. Nos sorprende que si movemos levemente la cabeza hacia uno u otro lado pero siempre mirando a la fuente de luz

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la seguimos viendo. Lo que queremos significar es que si no miramos en la dirección de la fuente dejamos de ver el rayo. Por otra parte si miramos a una bombilla eléctrica o al sol por más que movamos la cabeza para un lado u otro incluso si interponemos la mano a una distancia frente a nuestros ojos vemos casi la misma intensidad. Esto de debe a que la luz de la lámpara (sol) sale en todas direcciones (es omnidireccional) y la del LASER no.

Esta fuente de luz es blanca o sea que es la suma de todos los colores del arco iris. Si necesitamos disponer de luz de un color determinado más o menos puro lo que hacemos es interponer un filtro rojo, azul, amarillo, etc.

Un LASER emite luz pura, de un solo color sin necesidad de interponer ningún filtro y esa pureza de color es enormemente superior a la que puede suministrar cualquier filtro conocido.

Así el laser va a estar compuesto por 3 partes

1. El material que se utiliza para provocar sobre el la radiación laser 2. La excitación de dicho material depende de este. 3. La cavidad resonante o espejos que van colocados en los extremos de esta.

Los materiales utilizados hasta el presente son muy variados y pueden ser sólidos, líquido y gaseosos.

Dentro de los sólidos como se dijo el Rubí fue el primero. Ahora se utiliza el rubi sintetico que es no es mas que oxido de aluminio dopado con cromo en un porcentaje conocido. Este elemento químico creado artificialmente es el que lasea. Otro de estado sólido es el neodimio (tierra rara) que en bajo porcentaje se adiciona a un vidrio para manejarlo mejor.

Los líquidos son material coloreado como los utilizados en tintorería pero con una pureza superior disuelto en solventes. De ahí el nombre de líquidos. Ej. Rodaminas disueltas en alcohol.

Por ultimo los láseres gaseosos son muy utilizados entre los que encontramos el helio, neón, argón, kriptón, xenón y los moleculares como el Co2 o dióxido de carbono, el monóxido de carbono, nitrógeno molecular. Normalmente se utilizan mezclas de gases pero el que esta en mayor proporción o sea el dominante es el que lleva el nombre del laser.

En cuanto a la excitación diremos que un líquido se excita con un fuerte destello luminoso de luz ultra violeta o una lámpara flash igual a las utilizadas en fotografía. Los gases se excitan eléctricamente y los sólidos con destello de luz blanca. Existen otras formas mas sofisticadas como la térmica, la química, la nuclear y la expansión de gases.

Veamos una cavidad resonante:

En los extremos de la cavidad resonante colocamos unos espejos origen de la emisión estimulada y que enunciara Einstein. El material que genera esta radiación también es amplificado y cuando atraviesa todo el material saldría al exterior si no fuera por los espejos que la devuelven al material y que es nuevamente atravesado. La radiación vuelve a amplificarse y sale por el otro extremo del material donde también hay un espejo así hasta que solo una parte del rayo atraviesa el espejo dado que este posee solo el 98% de reflectancia. Por lo tanto con solo el 2% de lo que tenemos adentro de la cavidad o resonador obtenemos el famoso rayo Laser, pero también parte de la radiación es devuelta por este espejo, es decir que va y viene o sea OSCILA. Se ahí que el laser no es ni más ni menos que un oscilador de luz por emisión estimulada de la radiación.

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Componentes principales: 1.Cavidad resonante 2. Energía externa bombeada para estimular el láser 3. Espejo reflectante al 100% 4. Espejo reflectante al 99% 5. Emisión del rayo láser

El sistema de bombeo imparte energía a los átomos o moléculas dentro de la cavidad resonante capacitándolas para puedan ascender a un nivel de excitación, creando la inversión de población. La cavidad resonante

El láser produce un tipo muy especial de luz. Podemos imaginárnoslo como una supe linterna. Sin embargo, la luz procedente de un láser se diferencia de la de una linterna en cuatro aspectos básicos:

1. La luz láser es intensa. No obstante, sólo ciertos láseres son potentes. Aunque lo parezca, no se trata de una contradicción. La intensidad es una medida de la potencia por unidad de superficie, e incluso los láseres que emiten sólo algunos mili vatios son capaces de producir una elevada intensidad en un rayo de un milímetro de diámetro. En realidad, su intensidad puede ser igual a la de la luz del sol. Cualquier lámpara ordinaria emite una cantidad de luz muy superior a la de un pequeño láser, pero esparcida por toda la sala. Algunos láseres pueden producir muchos miles de vatios continuamente; otros son capaces de producir billones de vatios en un impulso cuya duración es tan sólo la mil millonésima parte de un segundo.

2. El haz del láser es muy estrecho y no se dispersa como los demás haces de luz. Esta cualidad se denomina direccionalidad. Entonces la direccionalidad de un laser se expresa en términos del ángulo total de divergencia del haz el cual es el doble del ángulo que el borde exterior del haz hace con el centro del mismo. Este ángulo provee la información de cuanto se abre el haz una vez que s emitido por el laser. Para un laser de He-Ne la divergencia es del orden de 1 mili-radian o sea que un laser crece 1 mm por metro. Esta divergencia se la puede mejorar colocando un sistema focal conformado por lentes logrando una focalización cuasi puntual. Se sabe que ni la luz de un potente foco logra desplazarse muy lejos: si se enfoca hacia el firmamento, su rayo parece desvanecerse de inmediato. El haz de luz comienza a esparcirse en el momento en que sale del foco, hasta alcanzar tal grado de dispersión que llega a perder su utilidad. Sin embargo, se ha logrado reflejar el haz de un láser de pocos vatios de potencia sobre la luna y su luz era todavía lo suficientemente brillante para verla desde la tierra. Uno de los primeros haces láser que se disparó contra la luna en 1962 sólo llegó a dispersarse cuatro kilómetros sobre la superficie lunar. ¡No está mal si se considera que se había desplazado cuatrocientos mil kilómetros!

3. La luz láser es coherente. Esto significa que todas las ondas luminosas procedentes de un láser se acoplan ordenadamente entre sí. Una luz corriente, como la procedente de una bombilla, genera ondas luminosas que comienzan en diferentes momentos y se desplazan en direcciones diversas. Algo parecido a lo que ocurre cuando se arroja un puñado de piedrecitas en un lago. Lo único que se crean son pequeñas salpicaduras y algunas ondulaciones. Ahora bien, si se arrojan las mismas piedrecitas una a una con una frecuencia exactamente regular y justo en el mismo sitio, puede generarse una ola en el agua de mayor magnitud. Así actúa un láser, y esta propiedad especial puede tener diversas utilidades. Dicho de otro modo, una bombilla o un foco son como escopetas de cartuchos, mientras que un láser equivale a una ametralladora.

4. Los láseres producen luz de un solo color, o para decirlo técnicamente, su luz es monocromática. La luz común contiene todos los colores de la luz visible (es decir, el espectro), que combinados se convierten en

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blanco. El haz de luz láser ha sido producido en todos los colores del arco iris (si bien el más común es el rojo), y también en muchos tipos de luz invisible; pero un láser determinado sólo puede emitir única y exclusivamente un solo color. Existen láseres sintonizables que pueden ser ajustados para producir diversos colores, pero incluso éstos no pueden emitir más que un color único en un momento dado. Determinados láseres, pueden emitir varias frecuencias monocromáticas al mismo tiempo, pero no un espectro continuo que contenga todos los colores de la luz visible como pueda hacerlo una bombilla. Además, existen numerosos láseres que proyectan luz invisible, como la infrarroja y la ultravioleta.

Brillo y brillo espectral

Es posible determinar y comparar el brillo del sol y el de un pequeño laser de HeNe. Los valores que se obtienen dan como resultado que el laser es 100 veces más brillante que el sol. Ahora bien si comparamos para las mismas fuentes el brillo espectral o sea el brillo por ancho de banda de luz visible emitida y si consideramos que el sol tiene un ancho de banda de 300 nm (desde 400-700 nm) y que el laser de He Ne tiene un ancho de banda de 0,2 nm observamos que el pequeño laser de He Ne es 1 millón de veces superior.

Ningún laser de 1 mW iluminará como lo hace el sol, pero si lo que se desea es una fuente de luz monocromática, colimada, compacta, intensa, el laser es único. El enorme brillo espectral hace que sea necesario colocarse anteojos protectores de seguridad estudiados de acuerdo a la fuente luminosa para que nuestra retina no sea lastimada.

LASERES SEMICONDUCTORES

Se los conoce también con el nombre de láseres de juntura o diodos laser y no son más que una forma altamente especializada de un diodo. Hay actualmente 2 dispositivos que se usan para generar luz en sistemas de comunicaciones por fibra óptica. El llamado LED (light emitted diode) y el ILD (injection laser diode) o diodo laser de inyección. Ambos se fabrican con materiales semiconductores y tienen ventajas y desventajas.

1° DIODO LASER: Un diodo laser es simplemente una unión p-n fabricado con in material semiconductor como el AIGaAs (Arseniuro de aluminio y Galio, ó el GaAsP (Arseniuro fosfuro de Galio)

Si representamos en coordenadas tensión-corriente el comportamiento de diodos construidos con distintos materiales veremos que la tensión umbral es distinta para cada caso. Ese comportamiento es indicativo de la existencia de una barrera de potencial propia de cada estructura o sea que es necesario entregar a los electrones una cierta cantidad de energía extra para que pueda funcionar. Como sabemos la energía extra debe ser liberada y hay 2 mecanismos para ello. Uno es generación de calor y la otra emisión de luz.

Para los materiales descriptos antes la emisión de luz es el mecanismo dominante. De este modo se tienen dispositivos que emiten luz (visible o infrarroja) ante el paso de corriente, sin elevación sensible de su temperatura.

Los LED emiten luz por emisión espontanea, o sea la recombinación de electrones –laguna conocida por nosotros. Cuando tiene polarización directa los portadores minoritarios se inyectan a través de la unión p-n. Una vez atravesada se recombinan con los portadores mayoritarios y desprenden energía en forma de luz. ¿Cómo? Bueno debido a que se eligieron ciertos materiales radiativos (NO RADIACTIVOS), esto es que producen fotones. Cabe aclarar que los fotones viajan a la velocidad de la luz pero en reposo no tienen masa.

En los diodos de germanio y silicio (que son los más usados en electrónica) el proceso es no radiativo y no se generan fotones. La banda prohibida que se usa para fabricar un LED determina el color de la luz que emite . Para producir LED se forma semiconductores con materiales cuyos átomos poseen de 3 a 5 electrones de valencia, así de acuerdo a la agrupación de materiales emitirán en diferentes longitudes de onda.

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Al=Aluminio ,Ga=Galio, In=Indio ,P=Fosforo ,As=Arsénico Estos diodos emisores de luz son muy utilizados por todos nosotros y como ejemplo tenemos los display numéricos de color rojo de algunos relojes y calculadoras, otros de color verde o amarillo son de GaP. Algunos controles remotos de TV contienen LEDs infrarrojos de AsGa. Pero la luz emitida por este tipo de LEDs es radiación incoherente esto es que cada electrón emite su exceso de energía en forma de un fotón en un instante al azar, no correlacionado con la emisión de los que lo rodean. Pero este mecanismo es estimulable, esto es, que si se cumplen algunas condiciones, un electrón que aún no ha emitido puede ser inducido a hacerlo al llegarle la radiación emitida por algún otro. De esta manera se puede generar un fenómeno de avalancha , en el que la emisión de un primer electrón dispara una des excitación súbita del conjunto que es el efecto laser-

La condición principal que debe atenderse es que la radiación emitida quede al menos parcialmente confinada en una región flanqueada por superficies reflectantes, de modo que la luz recorra de ida y vuelta un gran numero de veces la zona activa.

Tenemos LEDs de homounion y heterounion

Los de homounion están formados por una unión p-n compuestas por dos mezclas distintas de igual tipo de átomos. Las estructuras mas sencillas de LEDs son las de homounion y crecimiento epitaxial que son dispositivos semiconductores de un solo compuesto.Los LED de crecimiento epitaxial se fabrican generalmente con arseniuro de galio dopado con silicio que emite en la banda de 940 nm y la potencia promedio es de 2 mW(3dBm) a 100 mA de corriente directa. Emite luz en todas direcciones y en consecuencia solo una pequeña fracción del total de luz producida se acopla a la fibra. Además la relación de electricidad convertida en luz es muy baja. Se los denomina emisores superficiales. Los LED de emisión plana producen más o menos 500µW a 900 nm. La principal desventaja de los LED de homounion es la no direccionalidad de la luz emitida. Es por eso que no se lo utiliza como fuente luminosa para sistemas de fibra óptica

Estructura LED de homounion de Arseniuro de Galio dopado con silicio

rayos de luz emitidos Capa epitaxial p

Capa epitaxial n sustrato tipo n

Difusión plana Región p difundida

Sustrato tipo n

LED de heterounión Se los fabrica con material tipo p de un conjunto de átomos y material tipo n de otro conjunto. Están dispuestos en capas de manera que se amplia el efecto de concentración. Así se produce un dispositivo que

Material Long de onda (λ)

nm

AlGaInP 630-680 GaInP 670

GaAlAs 620-895 AsGa 904

InGaAs 980 InGaAsP 1100-1650

InGaAsSb 1700-4400

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confina electrones, las lagunas y el haz de luz en un área mucho menor. La luz se emite desde los bordes u orillas del material. Se los llama emisores de borde.

Poseen las siguientes ventajas respecto a los homounion

1. El incremento de densidad de corriente genera una mancha luminosa mas brillante. 2. La menor área emisora facilita acoplar la luz emitida a una fibra 3. La pequeña área efectiva tiene menor capacidad (capacitancia) lo que facilita su uso a mayores

velocidades.

El gráfico a) muestra la potencia de salida en función de la corriente directa aplicada. Se puede ver que la potencia de salida varía linealmente dentro de un amplio rango de corriente de entrada (desde 0,5 mW a 20 mA hasta 3,4 mW a 140 mA).

La figura b) muestra la potencia de salida en función de la temperatura. La Potencia de salida tiene una variación inversa respecto a la temperatura dentro del intervalo de -40°C a 80 °C.

La fig. c) nos da la pot. Relativa de salida en función de λ y como se observa en el ejemplo se da para 825 nm aprox.

pote

ncia

de

salid

a (m

W)

3.5

3.0 2.5 2.0 1.5

1.0 0.5 0.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 Corriente directa (mA)

Pote

ncia

de

salid

a en

rel

acio

n co

n la

a 2

5°C

1,2

1,1

1,0

0,90

0,8

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Temperatura en °C

Pote

ncia

rel

ativ

a de

sa

lida

1

0,8

0,6

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0,4

0,2

0

700

750

800

850

900

Long de onda λ (nm)

Para las aplicaciones prácticas de comunicaciones se requieren velocidades de datos mayores que 100 Mbps. Por ese motivo se creo un diodo especial llamado LED de pozo grabado. Se trata de un LED de superficie emisora. Este tipo de LED emite en luz en muchas direcciones y ayuda a concentrar la luz emitida en un área muy pequeña. Se le pueden agregar lentes en el domo, sobre la superficie emisora para dirigir el haz hacia una dirección. La construcción es más costosa pero permite acoplar muy bien a una fibra óptica.

RAYOS EMITIDOS Metal

GaAs tipo n(sustrato) AlGaAs tipo n (ventana) AlGaAs tipo p (activo)

AlGaAs tipo p (confinamiento) AlGaAs tipo p (contacto) SiO2

LED emisores de Borde: Fue desarrollado por la RCA. Este tipo de LED de superficie emisora emite una distribución más direccional de luz que el de superficie. La fabricación se parece a los planos pero la superficie emisora es una banda más que un área circular confinada. La luz se emite de una banda activa y forma un haz elíptico. Los LED de superficie se utilizan con más frecuencia que los LED de borde porque emiten mas luz, sin embargo las perdidas por acoplamiento son mayores y poseen un menor ancho de banda. La potencia luminosa radiante que emite un LED es una función lineal de la corriente directa que pasa por el dispositivo. Diodo LASER de Inyección (ILD) Se parece al LED, de hecho por debajo de cierta corriente umbral se comporta como un LED. Por encima de la corriente umbral oscila y produce la emisión LASER La figura muestra las características típicas de un ILD

Terminal eléctrico (+) Extremo pulido Extremo pulido Emisión de radiación Tipo p+ Emisión de radiación Tipo p- Tipo n- Terminal eléctrico (-)

Al pasar la corriente por un diodo p-n polarizado en directa, emite luz por emisión espontanea, a una frecuencia determinada por la banda prohibida del material semiconductor. Cuando se llega a determinado

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valor de corriente, la cantidad de portadores minoritarios y de fotones que se producen en ambos lados de la unión p-n llega a un valor en el que comienzan a chocar con portadores minoritarios ya excitados. Esto causa un aumento en el nivel de energía de ionización y hace que los portadores sean inestables. Al suceder eso un portador normal se recombinan con un portador del tipo contrario a un valor de energía que es mayor que su valor normal antes del choque. En el proceso se crean 2 fotones, uno estimulado por el otro. En esencia se realiza una ganancia en la cantidad de fotones. Para que esto suceda se requiere una gran corriente directa que pueda suministrar muchos portadores.

La fabricación de un ILD es similar a un LED con la diferencia que sus extremos están pulidos con acabado tipo espejo de modo de poder reflejar los fotones en la zona activa y al comenzar su viaje de ida y vuelta estimulan a electrones libres, así comienza la estimulación de la emisión.

La potencia luminosa radiante de salida la vemos a continuación en el grafico. Se aprecia que se obtiene muy poca potencia de salida hasta que se llega a la corriente de umbral, entonces se produce la estimulación. Superada la barrera umbral la potencia óptica de salida crece en forma drástica con pequeños aumentos de corriente de activación.

Pote

ncia

rel

ativ

a de

sal

ida

(mW

)

10

9

25°C

30°C

35°C

8

7

6

5

4

3

2

1

0

20 40 60 80 100 120 140 160 180

Corriente de activacion (mA)

Ventajas de los ILD

1. Como los ILD tienen una distribución de irradiación más dirigida, es mas fácil de acoplar la luz a una fibra óptica .Esto reduce perdidas por acoplamiento y permite usar fibras mas pequeñas.

2. La potencia radiante de salida de un ILD es mayor que la del LED. Una potencia normales de 5 mW (7dBm) en comparación con los 0,5 mW (-3dBm) para los LED .Esto permite que los ILD proporcionen mayor potencia de activación. y usarlos es sistemas que funcionen a través de mayores distancias.

3. Los ILD se pueden usar a mayor frecuencia de bits que los LEDs 4. Los ILD generan luz monocromática, lo cual reduce la dispersión cromática o de longitudes de onda.

Desventajas

1. Son mas caros, cuestan aprox. 10 veces mas que los LED 2. Como los ILD trabajan con mayores potencias, suelen tener menor vida útil que los LED 3. Los ILD dependen mucho más de la temperatura que los LED.

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Utilización

Comunicaciones de datos por fibra óptica. Lectores de CDs, DVDs, Blu-rays, HD DVDs, entre otros. Interconexiones ópticas entre circuitos integrados. Impresoras láser. Escáneres o digitalizadores. Punteros láser. Sensores. Armas láser

Espectro de emisión de un diodo LED y un diodo ILD

ILD LED

Potencia emitida

Desde el punto de vista de la continuidad de emisión se pueden tener láseres continuos y láseres pulsados.

Laser continuo: son los que funcionan a régimen permanente como una lámpara. Su uso es poco frecuente y reservado a aplicaciones especificas de comunicaciones e informática debido al gran costo. La potencia típica. Máxima es del orden de decenas de mW. Como comparación la potencia de un foquito de linterna es del orden de cientos de mW.

Laser pulsado: Son los de uso corriente. Se los excita con pulsos cortos de corriente elevada, de forma que emiten durante un instante y luego tienen un periodo de inactividad comparativamente largo. Durante ese periodo disipan el calor desarrollado durante el pulso. Una relación típica encendido/apagado es de 1/1000. La potencia emitida durante el momento de encendido (potencia de pico) es aprox. de decenas de watts resultando la potencia media (dado que la emisión ocurre solo en una milésima de tiempo) del orden de las decenas de mW.

DETECTORES DE LUZ

En los receptores de comunicaciones con fibra óptica hay 2 dispositivos que se utilizan para detectar la energía

luminosa y son los Diodos PIN y los APD.(fotodiodo de avalancha)

Diodos PIN : es un tipo p-tipo n intrínseco, comúnmente se trata de un fotodiodo de capa de agotamiento y es el mas utilizado como detector de luz en sistemas de comunicaciones con fibra óptica. La construcción básica de un diodo PIN es una capa ligeramente imperfecta (casi pura o intrínseca) de material semiconductor tipo –n con uniones de contacto tipo n y p . La luz entra al dispositivo por una ventana muy pequeña y cae sobre el

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material intrínseco vacio de la portadora. El material intrínseco esta fabricado con material grueso para que la mayoría de los fotones que entran en el dispositivo sean absorbidos por esta capa-El diodo PIN trabajo en forma opuesta a un diodo LED. La mayoría de los fotones se absorben por electrones en la banda de valencia del material intrínseco. Cuando los fotones son absorbidos agregan suficiente energía para generar portadores en la región de agotamiento o vaciamiento y permiten que la corriente fluya por el dispositivo.

Construcción de un diodo PIN

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Láser de punto cuántico

Un láser de punto cuántico es un láser semiconductor que usa puntos cuánticos como el medio activo en su región de emisión de luz. Debido al apretado confinamiento de los portadores de carga en los puntos cuánticos, exhiben una estructura electrónica similar a la de los átomos. Los láseres fabricados con medios tan activos exhiben un comportamiento bastante cercano a los láseres de gas, pero no presentan algunos de los inconvenientes asociados a los tradicionales láseres de semiconductores basados en medios activos sólidos o de pozo cuántico. Se han observado mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y estabilidad con la temperatura. La región activa del punto cuántico puede diseñarse para operar con diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la composición del punto cuántico. Esto permite que este tipo de láser pueda fabricarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la tecnología de láser semiconductor actual.

Recientemente, los dispositivos basados en medios activos de punto cuántico están encontrando aplicaciones comerciales en la medicina (bisturí láser, tomografía de coherencia óptica), tecnologías de exhibición de imágenes (proyección, TV láser), espectroscopia y telecomunicaciones. Con esta tecnología, se ha desarrollado un láser de punto cuántico de hasta 10 Gbit/s para uso en comunicaciones ópticas de datos y redes ópticas que es insensible a la fluctuación de temperatura. El láser es capaz de operar a alta velocidad en longitudes de onda de 1.3 µm, en un rango de temperaturas de entre 20 °C y 70 °C. Trabaja en sistemas ópticos de transmisión de datos, LANs ópticos y sistemas de Red de Área Metropolitana. En comparación al desempeño de los láseres de pozo cuántico tensado convencionales del pasado, el nuevo láser de punto cuántico alcanza una estabilidad ante la temperatura perceptiblemente más alta.

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DVD

El DVD es un disco óptico de almacenamiento de datos cuyo estándar surgió en 1995. Sus siglas corresponden con Digital Versatile Disc en inglés (disco versátil digital). En sus inicios, la v intermedia hacía referencia a video (digital videodisk), debido a su desarrollo como reemplazo del formato VHS para la distribución de vídeo a los hogares.

Unidad de DVD: el nombre de este dispositivo hace referencia a la multitud de maneras en las que se almacenan los datos: DVD-ROM (dispositivo de lectura únicamente), DVD-R y DVD+R (solo pueden escribirse una vez), DVD-RW y DVD+RW (permiten grabar y borrar las veces que se quiera). También difieren en la capacidad de almacenamiento de cada uno de los tipos.

A comienzo de los años 1990, dos estándares de almacenamiento óptico de alta densidad estaban desarrollándose: uno era el multimedia compact disc (MMCD), apoyado por Philips y Sony; el otro era el super density disc (SD), apoyado por Toshiba, Time-Warner, Matsushita Electric, Hitachi, Mitsubishi Electric, Pioneer, Thomson y JVC.

Philips y Sony abandonaron su formato MMCD y acordaron con Toshiba adoptar el SD, pero con una modificación: la adopción del EFM Plus de Philips, creado por Kees Immink, que a pesar de ser un 6% menos eficiente que el sistema de codificación de Toshiba (de ahí que la capacidad sea de 4,7 GB en lugar del los 5 GB del SD original), cuenta con la gran ventaja de que EFM Plus posee gran resistencia a los daños físicos en el disco, como arañazos o huellas.

El resultado fue la creación del Consorcio del DVD, fundada por las compañías anteriores, y la especificación de la versión 1.5 del DVD, anunciada en 1995 y finalizada en septiembre de 1996. En mayo de 1997, el consorcio DVD (DVD Consortium) fue reemplazado por el foro DVD (DVD Forum) con los siguientes miembros:

Hitachi, Ltd. Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Mitsubishi Electric Corporation Pioneer Electronic Corporation Royal Philips Electronics N.V. Sony Corporation Thompson Time Warner Inc. Toshiba Corporation Victor Company of Japan, Ltd. (JVC)

Información técnica

Los DVD se dividen en dos categorías: los de capa simple y los de doble capa.

Los DVD de capa simple puede guardar hasta 4,7 gigabytes según los fabricantes en base decimal, y aproximadamente 4,38 gigabytes en base binaria o gibibytes (se lo conoce como DVD-5), alrededor de siete veces más que un CD estándar. Emplea un láser de lectura con una longitud de onda de 650 nm (en el caso de los CD, es de 780 nm) y una apertura numérica de 0,6 (frente a los 0,45 del CD), la resolución de lectura se incrementa en un factor de 1,65. Esto es aplicable en dos dimensiones, así que la densidad de datos física real se incrementa en un factor de 3,3.

El DVD usa un método de codificación más eficiente en la capa física: los sistemas de detección y corrección de errores utilizados en el CD, como la comprobación de redundancia cíclica CRC, la codificación Reed Solomon - Product Code, (RS-PC), así como la codificación de línea Eight-to-Fourteen Modulation, la cual fue reemplazada por una versión más eficiente, EFM Plus, con las mismas características que el EFM clásico. El subcódigo de CD

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fue eliminado. Como resultado, el formato DVD es un 47% más eficiente que el CD-ROM, que usa una tercera capa de corrección de errores.

A diferencia de los discos compactos, donde el sonido (CDDA) se guarda de manera fundamentalmente distinta que los datos, un DVD correctamente creado siempre contendrá datos siguiendo los sistemas de archivos UDF e ISO 9660.

El disco puede tener una o dos caras, y una o dos capas de datos por cada cara; el número de caras y capas determina la capacidad del disco. Los formatos de dos caras apenas se utilizan.

Tipos de DVD

Los DVD se pueden clasificar:

Según su contenido: o DVD-Video: Películas (vídeo y audio). o DVD-Audio: Audio de alta fidelidad. Por ejemplo: 24 bits por muestra, una velocidad de

muestreo de 48000 Hz y un rango dinámico de 144 dB [cita requerida] o DVD-Data: Todo tipo de datos.

Según su capacidad de re grabado: o DVD-ROM: Sólo lectura, manufacturado con prensa. o DVD-R y DVD+R: Grabable una sola vez. La diferencia entre los tipos +R y -R radica en la forma

de grabación y de codificación de la información. En los +R los agujeros son 1 lógicos mientras que en los –R los agujeros son 0 lógicos.

o DVD-RW y DVD+RW: Regrabable. o DVD-RAM: Regrabable de acceso aleatorio. Lleva a cabo una comprobación de la integridad de

los datos siempre activa tras completar la escritura. o DVD+R DL: Grabable una sola vez de doble capa o El DVD-ROM almacena desde 4,7 GB hasta 17 GB.

Según su número de capas o caras: o DVD-5: una cara, capa simple; 4,7 GB o 4,38 GiB - Discos DVD±R/RW. o DVD-9: una cara, capa doble; 8,5 GB o 7,92 GiB - Discos DVD+R DL. La grabación de doble capa

permite a los discos DVD-R y los DVD+RW almacenar significativamente más datos, hasta 8,5 GB por disco, comparado con los 4,7 GB que permiten los discos de una capa. Los DVD-R DL (dual layer) fueron desarrollados para DVD Forum por Pioneer Corporation. DVD+R DL fue desarrollado para el DVD+R Alliance por Philips y Mitsubishi Kagaku Media. Un disco de doble capa difiere de un DVD convencional en que emplea una segunda capa física ubicada en el interior del disco. Una unidad lectora con capacidad de doble capa accede a la segunda capa proyectando el láser a través de la primera capa semitransparente. El mecanismo de cambio de capa en algunos DVD puede conllevar una pausa de hasta un par de segundos. Los discos grabables soportan esta tecnología manteniendo compatibilidad con algunos reproductores de DVD y unidades DVD-ROM. Muchos grabadores de DVD soportan la tecnología de doble capa, y su precio es comparable con las unidades de una capa, aunque el medio continúa siendo considerablemente más caro.

o DVD-10: dos caras, capa simple en ambas; 9,4 GB o 8,75 GiB - Discos DVD±R/RW. o DVD-14: dos caras, capa doble en una, capa simple en la otra; 13,3 GB o 12,3 GiB - Raramente

utilizado. o DVD-18: dos caras, capa doble en ambas; 17,1 GB o 15,9 GiB - Discos DVD+R.

También existen DVD de 8 cm (no confundir con mini DVD, que son CD que contienen información de tipo DVD video) que tienen una capacidad de 1,5 GB.

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El DVD Forum creó los estándares oficiales DVD-ROM/R/RW/RAM, y Alliance creó los estándares DVD+R/RW para evitar pagar la licencia al DVD Forum. Dado que los discos DVD+R/RW no forman parte de los estándares oficiales, no muestran el logotipo «DVD». En lugar de ello, llevan el logotipo «RW» incluso aunque sean discos que solo puedan grabarse una vez, lo que ha suscitado cierta polémica en algunos sectores que lo consideran publicidad engañosa, además de confundir a los usuarios.

La mayoría de grabadoras de DVD nuevas pueden grabar en ambos formatos y llevan ambos logotipos «+RW» y «DVD-R/RW».

Velocidad

Evolución del precio del DVD.

Costo por MB en DVD.

Costo de los dispositivos de lectura y escritura en DVD.

La velocidad de transferencia de datos de una unidad DVD está dada en múltiplos de 1350 KB/s.

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Las primeras unidades lectoras CD y DVD leían datos a velocidad constante (velocidad lineal constante o CLV). Los datos en el disco pasaban bajo el láser de lectura a velocidad constante. Como la velocidad lineal (metros/segundo) de la pista es tanto mayor cuanto más alejados esté del centro del disco (de manera proporcional al radio), la velocidad rotacional del disco se ajustaba de acuerdo a qué porción del disco se estaba leyendo. Actualmente, la mayor parte de unidades de CD y DVD tienen una velocidad de rotación constante (velocidad angular constante o CAV). La máxima velocidad de transferencia de datos especificada para una cierta unidad y disco se alcanza solamente en los extremos del disco. Por tanto, la velocidad media de la unidad lectora equivale al 50-70% de la velocidad máxima para la unidad y el disco. Aunque esto puede parecer una desventaja, tales unidades tienen un menor tiempo de búsqueda, pues nunca deben cambiar la velocidad de rotación del disco.

Velocidad Mbit/s MB/s MiB/s

1x 10,80 1,35 1,29

2x 21,60 2,70 2,57

2,4x 25,92 3,24 3,09

2,6x 28,08 3,51 3,35

4x 43'20 5,40 5,15

6x 64,80 8,10 7,72

8x 86,40 10,80 10,30

10x 108,00 13,50 12,87

12x 129'60 16'20 15,45

16x 172'80 21'60 20,60

18x 194,40 24,30 23,17

20x 216,00 27,00 25,75

22x 237,60 29,70 28,32

24x 259,20 32,40 30,90

Sistema de archivos

Los DVD siguen el sistema de archivos UDF (universal disk format o formato de disco universal) y Joliet. Se adoptó este sistema de archivos para reemplazar al estándar ISO 9660, y su principal uso es la grabación o regrabación de discos. Fue desarrollado por OSTA (Optical Storage Technology Association, ‘Asociación de la Tecnología de Almacenamiento Óptico’).

Antecesores del DVD

CD-Rom

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VHS Beta

Sucesores del DVD

HD DVD, (que fue abandonado en 2008) Blu-Ray

HD DVD (por las siglas de High Density Digital Versatile Disc), traducido como disco digital versátil de alta densidad, fue un formato de almacenamiento óptico desarrollado como un estándar para el DVD de alta definición por las empresas Toshiba, Microsoft y NEC, así como por varias productoras de cine. Puede almacenar hasta 30 GB.

Este formato finalmente sucumbió ante su inmediato competidor, el Blu-ray, por convertirse en el estándar sucesor del DVD. Después de la caída de muchos apoyos de HD DVD, Toshiba decidió cesar de fabricar más reproductores y continuar con las investigaciones para mejorar su formato.

Existen HD DVD de una capa, con una capacidad de 15 GB (unas 4 horas de vídeo de alta definición) y de doble capa, con una capacidad de 30 GB. Toshiba ha anunciado que existe en desarrollo un disco con triple capa, que alcanzaría los 51 GB de capacidad (17 GB por capa). En el caso de los HD DVD-RW las capacidades son de 15 y 30 GB, respectivamente, para una o dos capas. La velocidad de transferencia del dispositivo se estima en 36,5 Mbps.

El HD DVD trabaja con un láser violeta con una longitud de onda de 405 nm.

Por lo demás, un HD DVD es muy parecido a un DVD convencional. La capa externa del disco tiene un grosor de 0,6 mm, el mismo que el DVD y la apertura numérica de la lente es de 0,65 (0,6 para el DVD).

Todos estos datos llevan a que los costos de producción de los discos HD DVD sean algo más reducidos que los del Blu-ray, dado que sus características se asemejan mucho a las del DVD actual.

Los formatos de compresión de vídeo que utiliza HD DVD son MPEG-2, Video Codec 1 (VC1, basado en el formato Windows Media Video 9) y H.264/MPEG-4 AVC.

En el aspecto de la protección anti copia, HD DVD hace uso de una versión mejorada del CSS del DVD, el AACS, que utiliza una codificación de 128 bits. Además está la inclusión del ICT (Image Constraint Token), que es una señal que evita que los contenidos de alta definición viajen en soportes no cifrados y, por tanto, susceptibles de ser copiados. En la práctica, lo que hace es limitar la salida de video a la resolución de 960x540 si el cable que va del reproductor a la televisión es analógico, aunque la televisión soporte alta definición. El ICT no es obligatorio y cada compañía decide libremente si añadirlo o no a sus títulos. Por ejemplo, Warner está a favor de su uso mientras que Fox está en contra. La AACS exige que los títulos que usen el ICT deban señalarlo claramente en la caja.

El formato HD DVD introduce la posibilidad de acceder a menús interactivos al estilo pop up lo que mejora sustancialmente la limitada capacidad de su antecesor, el DVD convencional, el cual poseía una pista especial dedicada al menú del film.

El HD DVD realiza su incursión en el mundo de los videojuegos tras el anuncio de Microsoft de la comercialización de un extensor para HD DVD para su popular consola Xbox 360.

El 19 de noviembre de 2003, los miembros de DVD Fórum decidieron, con unos resultados de ocho contra seis votos, que el HD DVD sería el sucesor del DVD para la HDTV. En aquella reunión, se renombró el, hasta aquel

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entonces, "Advanced Optical Disc". El soporte Blu-ray Disc que es de mayor capacidad, fue desarrollado fuera del seno del DVD Forum y nunca fue sometido a votación por el mismo.

La especificación actual para el HD DVD y el HD DVD-RW se encuentra en su versión 1.0. La especificación para el HD DVD-R se encuentra en la versión 0.9.

El 19 de febrero de 2008, Toshiba, en rueda de prensa, anunció el final de la fabricación y distribución del HD DVD, dando al Blu-ray la victoria en la llamada «Guerra de los Formatos».

Compatibilidad con anteriores tecnologías

Ya existen lectores híbridos capaces de leer y escribir CD, DVD y HD DVD. También se ha conseguido desarrollar un disco híbrido de DVD y HD DVD, de forma que se podría comprar una película que se puede ver en los reproductores de DVD actuales y, además, tener alta definición si se introduce en un reproductor de HD DVD. Sin embargo, dichos discos necesitan de doble cara (por un lado DVD de doble capa y por el otro HD DVD de una sola capa), debido a que la capa de datos es la misma en ambos formatos. Se ha conseguido un disco híbrido de una sola cara con una capa de DVD y otra capa de HD DVD.

Empresas que apoyaban HD DVD

Entre las empresas de electrónica e informática que apoyaron el HD DVD se encontraban Canon Inc., Digital Theater Systems, Hitachi Maxell Ltd., Intel, Kenwood Corporation, Microsoft, Mitsubishi Kagaku Media Co., Ltd., NEC Corporation, Onkyo Corporation, Sanyo Electric Co., Ltd., Teac Corporation.

Entre los estudios de cine que respaldaban al HD DVD encontramos Universal Studios, Paramount Home Entertainment, Dreamworks, The Weinstein Company, Image Entertainment, Magnolia Pictures, Brentwood Home Video, Ryko, Koch/Goldhil Entertainment. Cabe señalar que Warner Bros. aunque apoyaba inicialmente al HD DVD, ha anunciado que dejará de producir películas en este formato, y así, apoyará solamente al Blu-Ray.

Actualmente el HD DVD está discontinuado, pues Toshiba Corporation aceptó la derrota contra el otro soporte: el Blu-ray. Estas son las palabras que comentó el presidente de Toshiba corporation: Atsutoshi Nishida: «Hemos valorado el impacto a largo plazo de continuar con la Guerra de Formatos de Nueva Generación, y hemos concluido que una decisión rápida será lo mejor para el desarrollo del mercado». Esta situación para el HD DVD es muy mala porque ahora no se promocionarán, fabricarán ni comercializarán más reproductores o grabadores en formato HD DVD. El presidente de Toshiba terminó diciendo estas palabras: «Estamos muy decepcionados por la empresa y por los consumidores».

Microsoft y su Xbox 360 también sucumbieron al nuevo formato, siendo una bofetada en su lucha por dominar la nueva generación de consolas, ya que Sony Playstation 3 incluía de serie un lector de Blu-Ray.

Diferencias entre el HD DVD, el HD-VMD, el Blu-Ray y el DVD

Blu-ray HD DVD HD-VMD DVD

Capacidad

23,3/25/27 GB (capa simple) 46,6/50/54 GB (capa doble)

15 GB (capa simple) 30 GB (capa doble)

19 GB (cuatro capas) 24 GB (cinco capas)

4,7 GB (capa simple) 8,5GB (capa doble)

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Longitud de onda del rayo láser

405 nm 405 nm 650 nm 650 nm

Tasa de transferencia datos

36,0 / 54,0 Mbps

36,55 Mbps

40,0 Mbps (no indica si es datos o audio/vídeo)

11,1 / 10,1 Mbps

Formatos soportados

MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC-1

MPEG-2, VC-1 (basado en WMV), H.264/MPEG-4 AVC

MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC-1

MPEG-1, MPEG-2

Resistencia a rayas y suciedad

Sí No No No

Resolución máxima de vídeo soportada

1080p 1080p 1080p 480p/576p

Descifrado de la seguridad AACS de los discos HD DVD

Artículo principal: Controversia por la clave cifrado AACS

A principios de 2007 se descubrió una clave que permite quitar la protección AACS de los discos HD DVD y Blu-ray y reproducir el medio en cualquier sistema operativo, como puede ser el sistema operativo Linux, y en un reproductor no necesariamente considerado como permitido.

La demanda de la AACES Licensing Authority contra varios sitios de Internet exigiendo la eliminación de la clave de los sitios donde se hallaba publicada, aduciendo violación de la DMCA, generó una gran polémica que afectó particularmente al sitio de noticias Digg.

Blu-ray o BD

Blu-Ray Disc, también conocido como Blu-ray o BD, es un formato de disco óptico de nueva generación de 12 cm de diámetro (igual que el CD y el DVD) para vídeo de gran definición y almacenamiento de datos de alta densidad. Su capacidad de almacenamiento llega a 25 GB por capa, aunque Sony y Panasonic han desarrollado un nuevo índice de evaluación (i-MLSE) que permitiría ampliar un 33% la cantidad de datos almacenados,[1] desde 25 a 33,4 GB por capa.[2] [3] Aunque otros apuntan que el sucesor del DVD no será un disco óptico, sino la tarjeta de memoria. No obstante, se está trabajando en el HVD o Disco holográfico versátil con 3,9 TB. El límite de capacidad en las tarjetas de formato SD/MMC está ya en 128 GB, teniendo la ventaja de ser regrabables al menos durante 5 años.[4]

Su competidor como sucesor del DVD fue el HD DVD, pero en febrero de 2008, después de la caída de muchos apoyos al HD DVD, Toshiba decidió abandonar la fabricación de reproductores y las investigaciones para mejorar su formato.[5] [6]

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Existe un tercer formato, el HD-VMD, que también debe ser nombrado, ya que también está enfocado a ofrecer alta definición. Su principal desventaja es que no cuenta con el apoyo de las grandes compañías y es desconocido por gran parte del público. Por eso su principal apuesta es ofrecer lo mismo que las otras tecnologías a un precio más asequible, por ello parte de la tecnología del DVD (láser rojo). En un futuro, cuando la tecnología sobre el láser azul sea fiable y barata, tienen previsto adaptarse a ella.[7]

Funcionamiento

El disco Blu-ray hace uso de un rayo láser de color azul con una longitud de onda de 405 nanómetros, a diferencia del láser rojo utilizado en lectores de DVD, que tiene una longitud de onda de 650 nanómetros. Esto, junto con otros avances tecnológicos, permite almacenar sustancialmente más información que el DVD en un disco de las mismas dimensiones y aspecto externo. Blu-ray obtiene su nombre del color azul del rayo láser (blue ray significa ‘rayo azul’). La letra e de la palabra original blue fue eliminada debido a que, en algunos países, no se puede registrar para un nombre comercial una palabra común.

Fue desarrollado en conjunto por un grupo de compañías tecnológicas llamado Blu-Ray Disc Association (BDA), liderado por Sony y Philips, y formado por:

Estudios en exclusiva

Sony Pictures Entertaiment (Columbia Pictures y TriStar Pictures, entre otros). Buena Vista (Walt Disney Pictures, Touchstone Pictures, Yasser Entertainment,Hollywood Pictures y

Miramax, entre otros). 20th Century Fox (incluye el catálogo de Metro-Goldwyn-Mayer y United Artists). Lions Gate Films. Warner Bros. Pictures. New Line Cinema.

Estudios colaboradores

StudioCanal. Paramount Pictures (sólo para los filmes dirigidos por Steven Spielberg). Filmax. Mar Studio.

El DVD ofreció en su momento una alta calidad, ya que era capaz de dar una resolución de 720x480 (NTSC) o 720x576 (PAL), lo que es ampliamente superado por la capacidad de alta definición ofrecida por el Blu-ray, que es de 1920x1080 (1080p). Este último es el formato utilizado por los estudios para archivar sus producciones, que anteriormente se convertía al formato que se quisiese exportar. Esto ya no será necesario, con lo que la industria del cine digital no tendrá que gastar esfuerzo y tiempo en el cambio de resolución de películas, lo que abaratará en menor medida y reducción de costes.

Capacidad de almacenaje y velocidad

Una capa de disco Blu-ray puede contener alrededor de 25 GB o cerca de 6 horas de vídeo de alta definición más audio; también está en el mercado el disco de doble capa, que puede contener aproximadamente 50 GB. La velocidad de transferencia de datos es de 36 Mbit/s (54 Mbps para BD-ROM), pero ya están en desarrollo prototipos a velocidad de transferencia 2x (el doble, 72 Mbit por segundo). Ya está disponible el BD-RE (formato re escribible) estándar, así como los formatos BD-R (grabable) y el BD-ROM, como parte de la versión 2.0.

El 19 de mayo de 2005 TDK anunció un prototipo de disco Blu-ray de cuatro capas de 100 GB. El 3 de octubre de 2007 Hitachi anunció que había desarrollado un prototipo de BD-ROM de 100 GB que, a diferencia de la

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versión de TDK y Panasonic, era compatible con los lectores disponibles en el mercado y solo requerían una actualización de firmware. Hitachi también comentó que está desarrollando una versión de 200 GB de capacidad. El reciente avance de Pioneer le permitió desechar un disco Blu-ray de 20 capas con una capacidad total de 500 GB, aunque no sería compatible con las unidades lectoras ya disponibles en el mercado, como haría Hitachi.

Tecnología

El tamaño del punto mínimo en el que un láser puede ser enfocado está limitado por la difracción, y depende de la longitud de onda del haz de luz y de la apertura numérica de la lente utilizada para enfocarlo. En el caso del láser azul-violeta utilizado en los discos Blu-ray, la longitud de onda es menor con respecto a tecnologías anteriores, aumentando por lo tanto la apertura numérica (0,85, comparado con 0,6 para DVD). Con ello, y gracias a un sistema de lentes duales y a una cubierta protectora más delgada, el rayo láser puede enfocar de forma mucho más precisa en la superficie del disco. Dicho de otra forma, los puntos de información legibles en el disco son mucho más pequeños y, por tanto, el mismo espacio puede contener mucha más información. Por último, además de las mejoras en la tecnología óptica, estos discos incorporan un sistema mejorado de codificación de datos que permite empaquetar aún más información.[12]

El DVD tenía dos problemas que se intentaron resolver con la tecnología Blu-Ray, por ello la estructura es distinta. En primer lugar, para la lectura en el DVD el láser debe atravesar la capa de policarbonato de 0,6 mm en la que el láser se puede difractar en dos haces de luz. Si esta difracción es alta, por ejemplo si estuviera rayado, impide la lectura del disco. Pero dicho disco, al tener una capa de sólo 0,1 mm se evita este problema, ya que tiene menos recorrido hasta la capa de datos; además, esta capa es resistente a ralladuras. En segundo lugar, si el disco estuviera inclinado, en el caso del DVD, por igual motivo que el anterior problema, la distorsión del rayo láser haría que leyese en una posición equivocada, dando lugar a errores. Gracias a la cercanía de la lente y la rápida convergencia del láser la distorsión es inferior, pudiéndose evitar posibles errores de lectura.

Otra característica importante de los discos Blu-ray es su resistencia a las ralladuras y la suciedad. La delgada separación entre la capa de lectura y la superficie del disco hacía estos discos más propensos a las ralladuras y suciedad que un DVD normal. Es por ello que se pensó primero en comercializarlos en una especie de carcasa o Caddy. La idea fue desechada gracias a la elaboración por parte de TDK de un sustrato protector llamado Durabis, que no solo compensa la fragilidad, sino que le otorga una protección extra contra las ralladuras a dicho disco.[13] [14] [15] Existen también discos DVD con esta protección, pero no es tan necesaria debido al mayor espesor de la capa que separa los datos de la superficie del disco, 0,6 mm.[16]

Códigos de región

Regiones para el estándar del Blu-ray.

Cada disco de Blu-ray contiene uno o más códigos de región, los cuales denotan el lugar o las áreas del mundo a la que cada distribución está dirigida. En ocasiones, los códigos de región son llamados zonas. Las especificaciones de cada equipo reproductor indican qué zona pueden reproducir.

En teoría, esto permite que los estudios cinematográficos controlen varios aspectos del lanzamiento, los cuales incluyen el contenido, la fecha y el precio, basados en la adquisición por regiones. En la práctica, varios reproductores permiten reproducir cualquier disco, o pueden ser modificados para dicho propósito. Distinto al

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cifrado de datos, los códigos de región permiten el bloqueo regional, que fue originado en la industria de los videojuegos.

Hoy en día, muchos reproductores multiregión logran desbloquear el bloqueo regional y el RCE por medio de la identificación y selección de la región compatible por el Blu-Ray, o permitiendo al usuario seleccionar una región en particular. Otros simplemente se saltan el chequeo de la región por completo. Algunos fabricantes de reproductores proveen información libremente sobre cómo deshabilitar el bloqueo regional y, en algunos modelos recientes, aparece que ha sido deshabilitado por defecto.

Esta práctica, para muchas personas, es una violación a los acuerdos comerciales de la Organización Mundial del Comercio, aunque no hay leyes que hayan sido definidas en esta área.

Códecs y BD-J

El Blu-ray soporta los mismos sistemas de archivo que sus predecesores, como el UDF y el ISO 9660. Gracias a su capacidad de almacenamiento, el vídeo es de alta definición y audio de hasta 8 canales. Soporta los formatos de compresión MPEG-2, MPEG-4 y VC-1. Los formatos MPEG-4 AVC y SMPTE VC-1 implementan algoritmos de compresión más avanzados que permiten ofrecer gran calidad (a un nivel similar).

El formato MPEG-2 se mantiene por retrocompatibilidad; es casi obsoleto (comparado con los otros), pero aun así se ha utilizado para codificar la mayor parte de las primeras películas que han salido en formato Blu-Ray. Esto es debido a que el MPEG-4 AVC tiene altos requerimientos, consumo de recursos y alto tiempo de codificación.

El SMPTE VC-1 pertenece a un consorcio de compañías dominado por Microsoft. Esto hace que el grado de implantación del códec sea desigual, favoreciendo al HD DVD. A pesar de esto, Microsoft ha hecho un esfuerzo notable realizando seminarios para las compañías del sector, lo que ha aumentado la aceptación del VC-1.

Es novedosa la inclusión de la plataforma Java en el estándar de las películas grabadas en Blu-ray. Esta plataforma, que ha recibido el nombre de BD-J (Blu-ray Disc Java), permite más libertad a los desarrolladores para incluir contenidos en la película. No es sólo la capacidad de desplegar un menú en cualquier momento de la reproducción, o la posibilidad de incrustar aplicaciones en el disco. También se proyecta la posibilidad de descargar contenidos adicionales desde Internet al disco. Por ejemplo, subtítulos en determinados idiomas, contenidos especiales, escenas cortadas, entre otros. Por otro lado, hay detractores que dicen que es innecesariamente complejo y las regalías por su uso son excesivas.

Los códecs de compresión de audio soportados por Blu-ray son LPCM (sin compresión), DTS, Dolby Digital, Dolby True HD y DTS-HD Master Audio (hay más, pero éstos son los principales). Los tres primeros se mantienen por retro compatibilidad respecto al DVD al igual que los de vídeo. Los dos últimos representan una gran mejora, ya que permiten la compresión sin pérdidas (en la siguiente tabla pueden ver cómo mantienen la misma frecuencia de muestreo con una alta tasa de transferencia).

LPCM DTS

Dolby Digital

DD True HD

DTS-HD

Tasa de transferencia 27 Mbps 1536 Kbps 640 Kbps 18 Mbps 18 Mbps (HD DVD) 24,5 Mbps (Blu-ray)

Canales discretos 8 8 6 8 8

Cuantificación 24b 24b 24b 24b 24b

Frecuencia de muestreo

192 KHz 48 KHz 48 KHz 192 KHz 192 KHz

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Blu-ray HD DVD HD-VMD DVD

Capacidad

23,3/25/27 GB (capa simple) 46,6/50/54 GB (capa doble)

15 GB (capa simple) 30 GB (capa doble)

19 GB (cuatro capas) 24 GB (cinco capas)

4,7 GB (capa simple) 8,5GB (capa doble)

Longitud de onda del rayo láser

405 nm 405 nm 650 nm 650 nm

Tasa de transferencia datos

36,0 / 54,0 Mbps 36,55 Mbps

40,0 Mbps (no indica si es datos o audio/vídeo)

11,1 / 10,1 Mbps

Formatos soportados

MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC-1

MPEG-2, VC-1 (basado en WMV), H.264/MPEG-4 AVC

MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC-1

MPEG-1, MPEG-2

Resistencia a rayas y suciedad

Sí No No No

Resolución máxima de vídeo soportada

1080p 1080p 1080p 480p/576p

IMPRESORA LÁSER

Una impresora láser es un tipo de impresora que permite imprimir texto o gráficos, tanto en negro como en color, con gran calidad.

El dispositivo de impresión consta de un tambor fotoconductor unido a un depósito de tóner y un haz láser que es modulado y proyectado a través de un disco especular hacia el tambor fotoconductor. El giro del disco provoca un barrido del haz sobre la generatriz del tambor. Las zonas del tambor sobre las que incide el haz quedan ionizadas y, cuando esas zonas (mediante el giro del tambor) pasan por el depósito del tóner atraen el polvo ionizado de éste. Posteriormente el tambor entra en contacto con el papel, impregnando de polvo las zonas correspondientes. Para finalizar se fija la tinta al papel mediante una doble acción de presión y calor.

Para la impresión láser monocromo se hace uso de un único tóner. Si la impresión es en color es necesario contar con cuatro (uno por cada color base, CMYK).

Las impresoras láser son muy eficientes, permitiendo impresiones de alta calidad a notables velocidades, medidas en términos de "páginas por minuto" (ppm).

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Dado que las impresoras láser son de por sí más caras que las de inyección de tinta, para que su compra resulte recomendable el número de impresiones debe ser elevado, puesto que el desembolso inicial se ve compensado con el menor coste de sus consumibles.

Sin embargo, también debe tenerse en cuenta que los consumibles de las impresoras de inyección de tinta se secan y quedan inservibles si no se usan durante varios meses. Así que desde este punto de vista también se puede recomendar la adquisición de una impresora láser a aquellos usuarios que hagan un uso muy intermitente de la misma.

Impresión Láser

Desde 1975 a la fecha, año en que se registra la primera impresora láser, el desarrollo de éstas ha sido muy rápido. Originalmente, el ambiente de la impresión se reducía a la impresora misma, ahora implica todo un ciclo abierto y lleno de posibilidades: tóner, papel, impresora, servicio, software y herramientas en línea, por ejemplo, son parte de todo lo que ahora constituye el mundo de la impresión.

Actualmente se han desarrollado múltiples alternativas orientadas al sector de la impresora láser, que entre otras posibilidades, permiten al usuario trabajar grandes volúmenes en tiempo reducido y con excelente calidad.

Este tipo de tecnologías para imprimir puede diferenciarse a partir del balance entre calidad y velocidad de impresión. En cada uno de estos rubros, la tecnología láser destaca por las prestaciones que alcanza: la calidad de impresión láser supera a la impresión por inyección de tinta; en términos de velocidad, impresoras como la CP1515n de HP imprime hasta 12 páginas en color por minuto o la LaserJet P2015 también de HP alcanza hasta 27 páginas por minuto en impresiones monocromáticas, muestran el grado de velocidad que estos dispositivos han alcanzado en poco más de 30 años.

Otro aspecto relevante es la incorporación del Fusor instantáneo. Esta tecnología, desarrollada y patentada por HP, básicamente sustituye la lámpara halógena por el calentador cerámico y elimina las diferencias de aire entre los cilindros metálicos y el dispositivo de calentamiento.

Con la tecnología de Fusor instantáneo se obtiene mayor velocidad de impresión y economía en el consumo eléctrico. En síntesis:

Aumenta la productividad con la impresión rápida de la primera. Por ejemplo: en fusores anteriores, para imprimir 5 páginas distintas, eran necesarios 40 segundos para calentar la impresora y 15 para imprimirlas. Con el Fusor instantáneo el calentamiento es de sólo 15 segundos y se mantiene el tiempo de impresión.

Ahorra dinero por su bajo consumo eléctrico. Es un sistema más silencioso ya que no utiliza ventiladores de enfriamiento. Permite mayor velocidad a la hora de imprimir en el modo de "ahorro de energía" (econofast).

En resumen, el mundo de las impresoras láser gana terreno y transforma el ciclo de la impresión. De acuerdo con estudios de algunas empresas, cuando se utilizan impresoras láser en pequeñas y medianas empresas se consigue una mejor calidad de impresión sobre cualquier papel y se brinda mejor respuesta a ciclos de trabajo exigentes.

Descripción de la tecnología de impresión láser

El dispositivo central que utiliza este tipo de impresión es un material fotosensible que se descarga con luz, denominado cilindro o tambor foto receptor. Cuando es enviado un documento a la impresora, este tambor es cargado positivamente por una corriente eléctrica que corre a lo largo de un filamento y que es regulada mediante una rejilla; a este componente se le denomina corona de carga. Entonces, el cilindro gira a una

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velocidad igual a la de un pequeño rayo láser, controlado en dirección por un motor con espejos ubicados de manera poligonal en la parte interna de la unidad láser; este pequeño rayo se encarga de descargar (o cargar negativamente) diminutas partes del cilindro, con lo cual se forma la imagen electrostática no visible de nuestro documento a imprimir sobre este fotorreceptor.

Posteriormente el cilindro es bañado por un polvo muy fino de color negro, el cual posee carga positiva y por lo tanto es adherido a las partes que se encuentran con carga negativa en el cilindro. Esto se debe a la ley de cargas, la cual enuncia que cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen. Las partes cargadas positivamente repelen este polvo llamado tóner —del inglés toner (tinta seca)— con lo cual queda formada la imagen visible sobre el tambor.

En seguida, esta imagen formada en el tambor es transferida al papel por medio de una carga negativa mayor a la que posee el cilindro; esta carga es producida por otra corona denominada de transferencia.

A continuación, el toner que se transfirió al papel es adherido a éste por medio de un par de rodillos, uno encargado de generar calor y el otro con el objetivo de presionar la hoja sobre el anterior; a esta unidad se le denomina de fijado y es el paso final de la impresión láser.

Para regresar al estado inicial, el toner restante en el cilindro es limpiado por medio de una lámina plástica y al mismo tiempo se incide luz sobre el cilindro para dejarlo completamente descargado

Ratón (mouse)

El ratón o mouse es un apuntador utilizado para facilitar el manejo de un entorno gráfico en una computadora. Detecta su movimiento relativo en dos dimensiones por la superficie plana en la que se apoya, reflejándose habitualmente a través de un puntero o flecha en el monitor.

Hoy en día es un elemento imprescindible en un equipo informático para la mayoría de las personas, y pese a la aparición de otras tecnologías con una función similar, como la pantalla táctil, la práctica ha demostrado que tendrá todavía muchos años de vida útil. No obstante, en el futuro podría ser posible mover el cursor o el puntero con los ojos o basarse en el reconocimiento de voz.

Aunque cuando se patentó recibió el nombre de «X-Y Position Indicator for a Display System» (Indicador de posición X-Y para un sistema con pantalla), el más usado nombre de ratón (mouse en inglés) se lo dio el equipo de la Universidad de Stanford durante su desarrollo, ya que su forma y su cola (cable) recuerdan a un ratón.

Habitualmente se compone de al menos dos botones y otros dispositivos opcionales como una «rueda», más otros botones secundarios o de distintas tecnologías como sensores del movimiento que pueden mejorar o hacer más cómodo su uso.

Se suele presentar para manejarse con ambas manos por igual, pero algunos fabricantes también ofrecen modelos únicamente para usuarios diestros o zurdos. Los sistemas operativos pueden también facilitar su manejo a todo tipo de personas, generalmente invirtiendo la función de los botones.

En los primeros años de la informática, el teclado era casi siempre la forma más popular como dispositivo para la entrada de datos o control de la computadora. La aparición y éxito del ratón, además de la posterior evolución de los sistemas operativos, logró facilitar y mejorar la comodidad, aunque no relegó el papel primordial del teclado. Aún hoy en día, pueden compartir algunas funciones dejando al usuario que escoja la opción más conveniente a sus gustos o tareas.

Fue diseñado por Douglas Engelbart y Bill English durante los años 60 en el Stanford Research Institute, un laboratorio de la Universidad de Stanford, en pleno Silicon Valley en California. Más tarde fue mejorado en los

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laboratorios de Palo Alto de la compañía Xerox (conocidos como Xerox PARC). Su invención no fue un hecho banal ni fortuito, sino que surgió dentro de un proyecto importante que buscaba aumentar el intelecto humano mejorando la comunicación entre el hombre y la máquina. Con su aparición, logró también dar el paso definitivo a la aparición de los primeros entornos o interfaces gráficas de usuario.

¿Cómo se captura el movimiento de un ratón mecánico estándar? 1: Al arrastrarlo sobre la superficie gira la bola, 2: ésta a su vez mueve los rodillos ortogonales, 3: éstos están unidos a unos discos de codificación óptica, opacos pero perforados, 4: dependiendo de su posición pueden dejar pasar o interrumpir señales infrarrojas de un diodo LED. 5: Estos pulsos ópticos son captados por sensores que obtienen así unas señales digitales de la velocidad vertical y horizontal actual para trasmitirse finalmente a la computadora.

En San Francisco, a finales de 1968 se presentó públicamente el primer modelo oficial. Durante hora y media además se mostró una presentación multimedia de un sistema informático interconectado en red de computadoras y también por primera vez se daba a conocer un entorno gráfico con el sistema de ventanas que luego adoptarían la práctica totalidad de sistemas operativos modernos. En ese momento además, se exhibió hipermedia, un mecanismo para navegar por Internet y usar videoconferencia.

Engelbart realmente se adelantó varias décadas a un futuro posible, ya desde 1951 había empezado a desarrollar las posibilidades de conectar computadoras en redes, cuando apenas existían varias docenas y bastante primitivas, entre otras ideas como el propio correo electrónico, del que sería su primer usuario. Pensó que la informática podía usarse para mucho más que cálculos matemáticos, y el ratón formaba parte de este ambicioso proyecto, que pretendía aumentar la inteligencia colectiva fundando el Augmentation Research Center (Centro para la investigación del incremento) en la Universidad de Stanford.

Y pese a las esperanzas iniciales de Engelbart de que fuera la punta del iceberg para un desarrollo de distintos componentes informáticos similares, una década después era algo único, revolucionario, que todavía no había cobrado popularidad. De hecho varios de los conceptos e ideas surgidos aún hoy en día han conseguido éxito. Engelbart tampoco logró una gran fortuna, la patente adjudicaba todos los derechos a la Universidad de Stanford y él recibió un cheque de unos 10.000 dólares.

El éxito de Apple

El 27 de abril de 1981 se lanzaba al mercado la primera computadora con ratón incluido: Xerox Star 8010, fundamental para la nueva y potente interfaz gráfica que dependía de este periférico, que fue a su vez, otra revolución. Posteriormente, surgieron otras computadoras que también incluyeron el periférico, algunas de

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ellas fueron la Commodore Amiga, el Atari ST, y la conocida Apple Lisa. Dos años después, Microsoft, que había tenido acceso al ratón de Xerox en sus etapas de prototipo, dio a conocer su propio diseño disponible además con las primeras versiones del procesador de texto Microsoft Word. Tenía dos botones en color verde y podía adquirirse por 195 dólares, pero su precio elevado para entonces y el no disponer de un sistema operativo que realmente lo aprovechara, hizo que pasara completamente desapercibido.

No fue hasta la aparición del Macintosh en 1984 cuando este periférico se popularizó. Su diseño y creación corrió a cargo de nuevo de la Universidad de Stanford, cuando Apple en 1980 pidió a un grupo de jóvenes un periférico seguro, barato y que se pudiera producir en serie. Partían de un ratón basado en tecnología de Xerox de un coste alrededor de los 400 dólares, con un funcionamiento regular y casi imposible de limpiar. El presidente, Steve Jobs, quería un precio entre los 10 y los 35 dólares.

Si bien existen muchas variaciones posteriores, algunas innovaciones recientes y con éxito han sido el uso de una rueda central o lateral, el sensor de movimiento óptico por diodo LED, ambas introducidas por Microsoft en 1996 y 1999 respectivamente, o el sensor basado en un láser no visible del fabricante Logitech.

En la actualidad, la marca europea Logitech es una de las mayores empresas dedicadas a la fabricación y desarrollo de estos periféricos, más de la mitad de su producción la comercializa a través de terceras empresas como IBM, Hewlett-Packard o Apple.

Funcionamiento

Su funcionamiento principal depende de la tecnología que utilice para capturar el movimiento al ser desplazado sobre una superficie plana o alfombrilla de ratón especial para ratón, y transmitir esta información para mover una flecha o puntero sobre el monitor de la computadora. Dependiendo de las tecnologías empleadas en el sensor del movimiento o por su mecanismo y del método de comunicación entre éste y la computadora, existen multitud de tipos o familias.

El objetivo principal o más habitual es seleccionar distintas opciones que pueden aparecer en la pantalla, con uno o dos clic, pulsaciones, en algún botón o botones. Para su manejo el usuario debe acostumbrarse tanto a desplazar el puntero como a pulsar con uno o dos clics para la mayoría de las tareas.

Con el avance de las nuevas computadoras, el ratón se ha convertido en un dispositivo esencial a la hora de jugar, destacando no solo para seleccionar y accionar objetos en pantalla en juegos estratégicos, sino para cambiar la dirección de la cámara o la dirección de un personaje en juegos de primera o tercera persona. Comúnmente en la mayoría de estos juegos, los botones del ratón se utilizan para accionar las armas u objetos seleccionados y la rueda del ratón sirve para recorrer los objetos o armas de nuestro inventario.

Tipos o modelos mecánicos

Tienen una gran esfera de plástico o goma, de varias capas, en su parte inferior para mover dos ruedas que generan pulsos en respuesta al movimiento de éste sobre la superficie. Una variante es el modelo de Honeywell que utiliza dos ruedas inclinadas 90 grados entre ellas en vez de una esfera.

La circuitería interna cuenta los pulsos generados por la rueda y envía la información a la computadora, que mediante software procesa e interpreta.

Ópticos

Es una variante que carece de la bola de goma que evita el frecuente problema de la acumulación de suciedad en el eje de transmisión, y por sus características ópticas es menos propenso a sufrir un inconveniente similar. Se considera uno de los más modernos y prácticos actualmente. Puede ofrecer un límite de 800 ppp, como cantidad de puntos distintos que puede reconocer en 2,54 centímetros (una pulgada); a menor cifra peor

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actuará el sensor de movimientos. Su funcionamiento se basa en un sensor óptico que fotografía la superficie sobre la que se encuentra y detectando las variaciones entre sucesivas fotografías, se determina si el ratón ha cambiado su posición. En superficies pulidas o sobre determinados materiales brillantes, el ratón óptico causa movimiento nervioso sobre la pantalla, por eso se hace necesario el uso de una alfombrilla de ratón o superficie que, para este tipo, no debe ser brillante y mejor si carece de grabados multicolores que puedan "confundir" la información luminosa devuelta.

Láser

Este tipo es más sensible y preciso, haciéndolo aconsejable especialmente para los diseñadores gráficos y los jugadores de videojuegos. También detecta el movimiento deslizándose sobre una superficie horizontal, pero el haz de luz de tecnología óptica se sustituye por un láser con resoluciones a partir de 2000 ppp, lo que se traduce en un aumento significativo de la precisión y sensibilidad.

Trackball

El concepto de trackball es una idea que parte del hecho: se debe mover el puntero, no el dispositivo, por lo que se adapta para presentar una bola, de tal forma que cuando se coloque la mano encima se pueda mover mediante el dedo pulgar, sin necesidad de desplazar nada más ni toda la mano como antes. De esta manera se reduce el esfuerzo y la necesidad de espacio, además de evitarse un posible dolor de antebrazo por el movimiento de éste. A algunas personas, sin embargo, no les termina de resultar realmente cómodo. Este tipo ha sido muy útil por ejemplo en la informatización de la navegación marítima.

Conexión por cable

Es el formato más popular y más económico, sin embargo existen multitud de características añadidas que pueden elevar su precio, por ejemplo si hacen uso de tecnología láser como sensor de movimiento. Actualmente se distribuyen con dos tipos de conectores posibles, tipo USB y PS/2; antiguamente también era popular usar el puerto serie.

Es el preferido por los videojugadores experimentados, ya que la velocidad de transmisión de datos por cable entre el ratón y la computadora es óptima en juegos que requieren de una gran precisión.

Inalámbrico

En este caso el dispositivo carece de un cable que lo comunique con la computadora (ordenador), en su lugar utiliza algún tipo de tecnología inalámbrica. Para ello requiere un receptor que reciba la señal inalámbrica que produce, mediante baterías, el ratón. El receptor normalmente se conecta a la computadora a través de un puerto USB o PS/2. Según la tecnología inalámbrica usada pueden distinguirse varias posibilidades:

Radio Frecuencia (RF): Es el tipo más común y económico de este tipo de tecnologías. Funciona enviando una señal a una frecuencia de 2.4Ghz, popular en la telefonía móvil o celular, la misma que los estándares IEEE 802.11b y IEEE 802.11g. Es popular, entre otras cosas, por sus pocos errores de desconexión o interferencias con otros equipos inalámbricos, además de disponer de un alcance suficiente: hasta unos 10 metros.

Infrarrojo (IR): Esta tecnología utiliza una señal de onda infrarroja como medio de trasmisión de datos, popular también entre los controles o mandos remotos de televisiones, equipos de música o en telefonía celular. A diferencia de la anterior, tiene un alcance medio inferior a los 3 metros, y tanto el emisor como el receptor deben estar en una misma línea visual de contacto directo ininterrumpido para que la señal se reciba correctamente. Por ello su éxito ha sido menor, llegando incluso a desaparecer del mercado.

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Bluetooth (BT): Bluetooth es la tecnología más reciente como transmisión inalámbrica (estándar IEEE 802.15.1), que cuenta con cierto éxito en otros dispositivos. Su alcance es de unos 10 metros o 30 pies (que corresponde a la Clase 2 del estándar Bluetooth).

El controlador

Es, desde hace un tiempo, común en cualquier equipo informático, de tal manera que todos los sistemas operativos modernos suelen incluir de serie un software controlador (driver) básico para que éste pueda funcionar de manera inmediata y correcta. No obstante, es normal encontrar software propio del fabricante que puede añadir una serie de funciones opcionales, o propiamente los controladores si son necesarios.

Uno, dos o tres botones

Hasta mediados de 2005, la conocida empresa Apple, para sus sistemas Mac apostaba por un ratón de un sólo botón, pensado para facilitar y simplificar al usuario las distintas tareas posibles. Actualmente ha lanzado un modelo con dos botones simulados virtuales con sensores debajo de la cubierta plástica, dos botones laterales programables, y una bola para mover el puntero, llamado Mighty Mouse.

En Windows, lo más habitual es el uso de dos o tres botones principales. En sistemas UNIX como GNU/Linux que utilicen entorno gráfico (X Window), era habitual disponer de tres botones (para facilitar la operación de copiar y pegar datos directamente). En la actualidad la funcionalidad del tercer botón queda en muchos casos integrada en la rueda central de tal manera que además de poder girarse, puede pulsarse.

Hoy en día cualquier sistema operativo moderno puede hacer uso de hasta estos tres botones distintos e incluso reconocer más botones extra a los que el software reconoce, y puede añadir distintas funciones concretas, como por ejemplo asignar a un cuarto y quinto botón la operación de copiar y pegar texto.

La sofisticación ha llegado a extremos en algunos casos, por ejemplo el MX610 de Logitech, lanzado en septiembre de 2005. Preparado anatómicamente para diestros, dispone de hasta 10 botones