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Comunicaciones ópticas

1

Noviembre 2005

PRH

Transmisores enComunicaciones Ópticas

Paloma Rodríguez Horche

Dpto. de Tecnología Fotónica

E.T.S.I. Telecomunicación

Universidad Politécnica de Madrid


2

Noviembre 2005

PRH

Estructuras Láser

Reducir Ith

Eliminar modos lateralesPo grande y estableMayor enfoque posibleMonofrecuencia

EMISIÓN DE BORDE EMISIÓN DE SUPERFICIE

Geometría de Tira Cavidad Selectiva en frecuencia

Cavidad acoplada

Red de Difracción

Doble Heterounión

AREA-ANCHA

GUIADO POR GANANCIA

(Cavidad Fabry-Perot)

Guiado por Índice

DÉBILGuiado Fuerte

(Estructuras Enterradas)

Cavidad Vertical

Cavidad Horizontal

Red de Difracción

POZO CUÁNTICO

(Quantum-Well)

MÚLTIPLESIMPLE

Mono-frecuencia


3

Noviembre 2005

PRH

Estructuras Láser: Guiado Lateral

Guiado por ganancia:

Fabricación sencilla

Haz inestable

metalcontac

oxidep-cladding

n-claddingactive

substrate

metalcontac

p-cladding

n-claddinga

substrate

metalcontac

oxide

active

substrate

n blockinglayerconfinementlayer

n

n

p p

p

Guiado débil por índice:

Fabricación más compleja

Control de modos laterales

Menor volumen bombeado

Guiado fuerte por índice

(estructuras enterradas, HB)

Fabricación muy compleja

Confinamiento óptico y de portadores

Mínimo volumen bombeado


4

Noviembre 2005

PRH

Láseres de Pozo Cuantico (I)

3DLáser de Volumen (bulk)Zona activa: 0,2-0,5 µm

2DLáser de pozo cuántico (QW)

Zona activa: 5-10 nm

Ec

Ev

AlGaAs

25%GaAs

AlGaAs

25%

Ec

Ev

AlGaAs

60%

GaAsAlGaAs

60%

20%

20%


5

Noviembre 2005

PRH

Láseres De Pozo Cuántico (II)

Zona activa: 5-20 nm

Confinamiento de e- y h+ en sub-bandas de energía

Ventajas:

Menor volumen + efectos 2D ⇒menor corriente umbral

Más grados de libertad (long. onda)

Más velocidad

• Desde 2000 (casi) todos los LD son de QW

• Futuro:

→ Punto cuántico (QD)?

→ Cascada cuántica (QC)?

EC

p-claddingn-cladding

QW

EV

y

Eei

Ehj

∆Eei-hj

||ψei2

||ψhj

2

Confinamiento Confinamiento


6

Noviembre 2005

PRH

Láseres Monofrecuencia (Single Frequency) (I)

LÁSER FABRY-PEROT (LD-FP)

SMSR = 3 - 20 dBLÁSER MONOMODO

SMSR = 30 - 40 dB

Side Mode Supression Ratio (SMSR) = 10 log (P0/Ps)


7

Noviembre 2005

PRH

Láseres Monofrecuencia (II)

→Seleccionan un único modo longitudinal de la cavidad

→Tecnología muy compleja

→Alto precio

DFB: Distributed Feedback Laser

Regiónactiva

p-type

n-type

grating

+

-

p-type

n-type DBRDBR

+

-

DBR: Distributed Bragg Reflector

Longitud de onda de Bragg:

Λ = m λB / 2 neff


8

Noviembre 2005

PRH

Láseres Sintonizables

Láser de cavidad externa

Láser DBR multisección


9

Noviembre 2005

PRH

Láseres De Emisión Superficial

Vertical Cavity SurfaceEmitting Lasers (VCSELs)

→ Pequeño volumen: menor ganancia, menor Ith

→ Alta densidad (producción)

→ Posibilidad de arrays 2D

→ Tecnología compleja

→ Problemas térmicos

→ Bajo precio!


10

Noviembre 2005

PRH

LED:

Motivación: Fortalecer la emisión espontánea

Principios de funcionamiento

Mecanismos de recombinación

Ancho de Banda de Modulación

Estructuras LED

LEDPrincipios de Funcionamiento y Estructuras


11

Noviembre 2005

PRH

LED: Principios de funcionamiento

• Estructura basica: diodo p-n en material de gap directo

• Basado en emisión espontánea

• Característica P-I: aprox. Lineal

• Baja eficiencia de conversión (2-3 %)

Iq

hI

q

hPP eextinextout

=

==

υηυηηη

Un emisor LED es básicamente un diodo de unión p-n fabricado sobre un semiconductor de “gap” directo y diseñado para facilitar al máximo la extracción al exterior de la emisión espontánea.

La relación entre la potencia óptica emitida Pout y la corriente inyectada I es aproximadamente lineal, salvo a muy altas corrientes en las que la emisión disminuye debido al autocalentamiento. Se define como eficiencia cuántica externa ηe la relación entre el número de fotones extraídos y el numero de electrones inyectados. Salvo en algunas estructuras recientes, con valores de hasta el 22%, el valor típico de ηe es bajo (1-3%), debido a las dificultades en la extracción de los fotones espontáneamente emitidos.

La emisión espontánea del LED es incoherente, es decir, los fotones emitidos no tienen correlación entre sí. La frecuencia, polarizacción, dirección, y fase de cada uno de ellos es independiente de los demás.


12

Noviembre 2005

PRH

Emisión espontánea; Eficiencias

Rtot (n) = Rnrad (n) + Rspon(n) = ∆n/τtot

Efc↑ ⇒ fc (E2) ↑Efv↓ ⇒ 1 – fv (E1) ↑

Incremento de Bombeo ⇒

rspon (hν) ∝ fc (E2) • [ 1 - fv (E1)] (nº de fotones por seg. Hz. y unidad de volumen)

Fortalece Em. Espontánea

Rnrad = ∆n / τnrad Rrad = ∆n / τspt τtot- 1= τnrad

- 1+ τspt-1

En estacionario: I = e Vact Rtot(n) Pin = Vact (hν) Rrad = ηin (hν/e) I

Se radian fotones es todas las direcciones ⇒ Pout = ηextr Pin = ηextr ηin (hν/e) I = ηe(hν/e) I

ηextr = Eficiencia de la extracción 2 – 3 % (Máx 30 %) Mejora con Doble Heteroestructura

ηin = Rrad / Rtot = τnrad /(τesp + τnrad)

Eficiencia Interna

Eficiencia externa

inyectadoseden

salidafotonesdene −=

º

ºη


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Noviembre 2005

PRH

Mecanismos de Recombinación

• No Radiativa: sin emisión de luz, por trampas (defectos)

• Radiativa: emitiendo luz (espontánea o estimulada)

→ Rnrad = ∆n / τnrad [cm-3 s –1]→ Rrad = ∆n / τrad [cm-3 s –1]→ Rtot = ∆n / τtot = Rnrad + Rrad

→ τtot-1 = τnrad

-1 + τrad-1

→ η = Rrad / Rtot = τnrad /(τrad + τnrad)

τnrad τrad τtot η

Si 10 ns 10 ms 10 ns 10-6

GaAs 10 ns 10 ns 5 ns 0,5

h+

e-

N- Rad Rad

hνEc

Ev

ET


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Noviembre 2005

PRH

• Filtro paso bajo:

Respuesta Dinámica del LED

( )[ ]P

P

tot

rise fall tot

( )( )

.,

ωωτ

τ τ

=+

≈

0

1

2 2

21

2

• Producto Potencia-Ancho de banda = Cte

⇒ Compromiso potencia-velocidad

• Valores típicos: 10 MHz-1 GHz

2.2 τn

90 %

10 %

t

P

Al aplicar un escalón de corriente a un LED la potencia óptica aumenta de acuerdo con una función exponencial similar a la de un circuito RC. El tiempo característico τtot corresponde al tiempo de vida de portadores, tomando valores entre 1 y 10 ns.

La respuesta en frecuencia (modulación en pequeña señal) corresponde a un filtro paso bajo de polo simple, con ancho de banda (2πτtot)

-1. Los valores típicos de ancho de banda en LEDs de comunicaciones varían entre 10 y 150 MHz, pudiéndose encontrarse algunos de mayor velocidad. Sin embargo, cuando la velocidad es mayor la potencia emitida disminuye en comparación con dispositivos más lentos.


15

Noviembre 2005

PRH

Estructuras LED

LED Emisión Superficial

(SLED)

LED Emisión Lateral

(ELED)

p+-GaAsp-AlGaAs

p-GaAsn-AlGaAs

Contacto metálico

Contacto metálico

Capa de Aislamiento(SiO)2

GaAs-substrate

Luz de

salidap-AlGaAsp-GaAsn-AlGaAs

n-GaAssubstrato

Contactometálico

Región emisora de luz

Contactometálico

etchedwell

epoxyadhesivo

Fib

ra Ó

ptic

aM

ulti

mod

o

SiO2

LED Superluminiscente

(SLD)

Existen muchas estructuras LED, dos de las cuales están representadas en las figuras.

La de la izquierda corresponde a un LED de emisión superficial (“surface emitting LED”, SLED), también llamado tipo Burrus, muy empleado en comunicaciones ópticas desde hace años. La estructura de capas corresponde a una unión p-n cuya zona activa es GaAs. Las capas epitaxiales se sueldan con la parte superior (p) hacia abajo sobre un sumidero de calor con el fin de facilitar la disipación. En el substrato se realiza un agujero mediante ataque químico hasta acercarse a la zona activa, en el que se coloca una fibra MM, buscando que la mayor parte de la luz emitida se acople a la fibra.

La estructura de la derecha corresponde a un LED de emisión lateral (“edge emitting LED”, ELED). En este caso la extracción de la luz y acoplo a la fibra se realiza por un lateral de la estructura de capas. El diseño de la estructura, al igual que en un LD, da lugar a un fenómeno de guiado óptico en la dirección de inyección de corriente, que aumenta la emisión en las caras laterales.


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Noviembre 2005

PRH

Características de la Emisión

• Potencia – Corriente– Dependencia con la temperatura

• Espectro– Variación del espectro con:

• Temperatura

• Corriente

• Diagramas de Radiación


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Noviembre 2005

PRH

Potencia - Corriente

LED

P-I lineal (casi)

Baja pend. (tip. 10-4 W/A en fibra )

Baja potencia (tip. –15 dBm)

DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA

(pequeña)

T↑ ⇒ ηI ↓SLD mayor dependencia con T por emisión estimulada


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Noviembre 2005

PRH

• P-I lineal (casi)• Baja pendiente (típica 10-4 W/A en

fibra)• Baja potencia (tip. –15 dBm)• Poca dependencia con temperatura

(SLD mayor dependencia con T por emisión estimulada)

• P-I con umbral (típica 10 mA)• Alta pendiente (típica 0.1-0.5 W/A en

fibra)• Alta potencia (típica 0-10 dBm)• Alta dependencia con temperatura

Característica Potencia-Corriente (P-I)

Current (mA)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Ou

tpu

t p

ow

er

( µW

)

0

10

20

30

40

50

60

-15 ºC

25 ºC

65 ºC

Current (mA)

0 5 10 15 20 25

Out

put p

ower

(m

W)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

15 ºC25 ºC35 ºC45 ºC

55 ºC

LED DIODO LÁSER

Las figuras comparan curvas experimentales medidas en un LED y LD comerciales de 1300 nm acoplados a fibra.

Puede observarse que la relación P-I en el LED es casi lineal con una cierta saturación causada por efectos de autocalentamiento. La potencia máxima acoplada a fibra MM es baja, siendo su valor típico -10 a 15 dBm. La dependencia de la potencia con la temperatura ambiente es pequeña.

En el caso del LD puede observarse la existencia de un valor umbral altamente dependiente con la temperatura, según la expresión empírica:

donde T0 se denomina temperatura característica y toma valores entre 50 y 150 K. La dependencia con la temperatura es más acusada en láseres de 2ª y 3ª ventana que en los de 1ª ventana.

Los LDs acoplan alta potencia en fibra SM, típicamente entre 0 y 10 dBm para láseres de comunicaciones. La pendiente de la curva P-I es altamente lineal, hasta su potencia máxima de operación.

=

00 exp

T

TII thth


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Noviembre 2005

PRH

LED: dependencia con la temperatura

P(mW)

T ºC

SLED

ELEDSLD

20 60

T↑ ⇒ ηI ↓

Poca dependencia con temperatura T↑ ⇒ ηI ↓

SLD mayor dependencia con T por emisión estimulada


20

Noviembre 2005

PRH

Espectro de Emisión

Wavelength (nm)

1100 1200 1300 1400 1500

Pow

er In

tens

ity (

a.u.

)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Wavelength (nm)

1270 1280 1290 1300 1310 1320

Pow

er In

tens

ity (

dBm

)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Wavelength (nm)

840 842 844 846 848 850 852 854

Pow

er In

tens

ity (

dBm

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Wavelength (nm)

1536 1537 1538 1539 1540 1541

Pow

er In

tens

ity (

dB)

-50

-25

0

25

50

75

100

125

15

25

35

40

45

50 ºC

20

30

LED Fabry-Perotlaser diode

VCSELDFB laser

(a) (b)

(c) (d)

En las figuras se comparan los espectros de emisión medidos experimentalmente de cuatro tipos de emisores:

a) LED: Su espectro es habitualmente asimétrico y con un único lóbulo, de ancho a mitad de altura ∆λ entre 30 y 150 nm.

b) LD-FP: presenta diferentes picos correspondientes a los modos longitudinales. Cada pico es muy estrecho, y el ancho de la envolvente vale típicamente entre 0,5 y 2 nm.

c) LD-DFB: presenta un único pico de emisión cuya anchura será comentada posteriormente.

d) VCSEL: presenta también un único pico sin lóbulos secundarios, salvo a altas corrientes en las que los modos transversales desdoblan la emisión en varios picos muy cercanos.


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Noviembre 2005

PRH

Espectro de Emisión (LED)

• hνP = Eg + (kT/2) (ev)

• ∆λ ≈ 1,45 λp2 (kT) (∆λ, λp (µm))

• Típico: 30-60 nm

• Espectro más ancho para materiales fuertemente dopados.

• T↑ ⇒ se desplaza el pico de emisión ⇒ ∆λ↑

Dependencia con dopaje y temperatura:


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Noviembre 2005

PRH

P (mw)

I (mA)

λ

Chirp en frecuencia

ESPECTRO LASER FP: variación con I


23

Noviembre 2005

PRH

ESPECTRO LASER FP: variación con I

40 mA

35 mA

30 mA

25 mA

20 mA

16 mA

I = 14 mA

λ (nm)

Salto de modo (“mode hopping”) longitudinal, →autocalentamiento: al aumentar la temperatura interna el “gap”

del semiconductor se estrecha y el máximo del espectro de ganancia se traslada a longitudes de onda mayores.

Adicionalmente también se aprecia un ligero desplazamiento de cada uno de los modos a longitud de onda más alta al aumentar la corriente; es debido a la dependencia con la temperatura del

índice de refracción.

Variación de longitud de onda:

Cada modo neff (I, T)

Saltos:

ganancia (T)

efectos no lineales

En la figura puede observarse la variación del espectro de un láser FP por encima de umbral al aumentar la corriente inyectada (la escala es lineal).


24

Noviembre 2005

PRH

ESPECTRO LASER DFB: variación con T

Aumento de temperatura → desplazamiento de la longitud de onda de emisión (variación del índice con la temperatura). Este fenómeno tiene como aplicación

directa la selección de longitud de onda a partir del control de la temperatura (“temperature tuning”)

láser DFB


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Noviembre 2005

PRH

ANCHO DE LINEA

Típico (DFB): 1-10 MHz (10 mW)

α: factor de ensanchamiento de línea

α ≈ 1-5

( )∆υ =

+R

Pspon

1

4

2α

π

¡¡¡¡ Medidas del mismo Láser en

diferentes Laboratorios !!!!

Ancho de línea de emisión anchura a mitad de altura de cada uno de los modos longitudinales de láser FP o del único modo de un láser DFB o DBR.

Originado por fluctuaciones de fase provenientes de diferentes fuentes de ruido, entre la que destaca el ruido de la emisión espontánea acoplada al modo láser. El ancho de línea disminuye al aumentar la potencia emitida.

Se denomina ancho de línea de emisión a la anchura a mitad de altura de cada uno de los modos longitudinales de láser FP o del único modo de un láser DFB o DBR.

El ancho de línea está originado por fluctuaciones de la fase provenientes de diferentes fuentes de ruido, entre la que destaca el ruido de la emisión espontánea acoplada al modo láser. Su valor es muy diferente en función del dispositivo concreto y de su modo de operación, y suele expresarse en unidades de frecuencia, variando entre decenas de KHz y decenas de MHz.

El ancho de línea disminuye al aumentar la potencia emitida. Su determinación experimental no es sencilla, y como ejemplo se adjunta un conjunto de medidas del ancho de línea del mismo láser DFB realizadas en laboratorios diferentes, en las que puede observarse una gran dispersión en los resultados.

El valor típico del ancho de línea garantizado por los fabricantes en DFBscomerciales es de 1-10 MHz a 10 mW.


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Noviembre 2005

PRH

Diagrama de Radiación (Láser)

LD: depende de la estructura

Θ⊥ ≈ 30-50 °Θ ≈ 5-15 °

0

1

-90 -60 -30 0 30 60 90ángulo (º)

cam

po

le

jan

o (

u.a

.)

El diagrama de radiación de un láser convencional (emisión lateral) es fuertemente asimétrico, dando lugar a un haz con forma elíptica.

El diagrama de radiación de un láser convencional (emisión lateral) es fuertemente asimétrico, dando lugar a un haz con forma elíptica.

En la dirección perpendicular a la unión es altamente divergente, con anchuras variables entre 30 y 50°, dependiendo de la estructura interna de capas. En la dirección paralela a la unión toma valores muy diversos en función de la estructura lateral y de las dimensiones de la zona activa, pudiendo valer entre 5 y 15°.


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Noviembre 2005

PRH

Diagrama de Radiación (VCSEL)

Los VCSELs presentan habitualmente problemas de control de sus modos transversos.

Debido a su simetría cilíndrica, a altos niveles de inyección, tienden a aparecer modos de tipo LP, similares a los de la fibra óptica.

Los VCSELs presentan habitualmente problemas en cuanto al control de sus modos transversos. Debido a su simetría cilíndrica tienden a aparecer modos de tipo LP, similares a los de la fibra óptica a altos niveles de inyección. En la figura pueden observarse los patrones de campo cercano de los cuatro primeros modos.


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Noviembre 2005

PRH

Diagrama de Radiación (LED)

LED: lambertiano

Θ ≈ 120 º (FWHM)

0

1

-90 -60 -30 0 30 60 90

ángulo (º)

Ca

mp

o le

jan

o (

u.a

.)

120 º

Los diagramas de radiación de un LED son muy anchos y siguen una ley “lambertiana” debido a la naturaleza incoherente de la radiación.

Ancho teórico a mitad de altura de 120°. En el caso de los ELED es mucho más estrecho (hasta 30°) en la dirección perpendicular al plano de la unión.

Este diagrama dificulta el acoplo a fibra.

Los diagramas o patrones de radiación de un LED son muy anchos y siguen una ley “lambertiana” debido a la naturaleza incoherente de la radiación. Ello da lugar a un ancho teórico a mitad de altura de 120°. En la práctica el ancho es algo menor, y en el caso de los ELED es mucho más estrecho (hasta 30°) en la dirección perpendicular al plano de la unión.

Este diagrama dificulta el acoplo a fibra de la radiación.


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Noviembre 2005

PRH

Ventajas y Desventajasdel LD respecto al LED

Ventajas LASER • Frecuencia de modulación más

alta• Potencia óptica alta (LD: mW /

LED: µW)• Acoplamiento de la fibra a la

fuente más eficiente• Ancho espectral más estrecho

(luego menor dispersión cromática)

Desventajas LASER• Efecto láser comienza desde

un corriente umbral• Electrónica más complicada• Más caro• Vida útil más corta (debido

a las corrientes más altas)


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Noviembre 2005

PRH

Módulo Transmisor

• Transmisión Binaria

• Respuesta dinámica del LD– Modulación en frecuencia óptica (chirp)

• Modulación externa

• Acoplo láser fibra

• Circuitos de ataque y polarización

• Catálogos


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Noviembre 2005

PRH

Transmisión con Señales Binarias

Prepolarización ⇒ IOFF ≈ ITH

ION ≈ I(Pmax.)

Al modular el láser en forma digital se aplica una corriente que

varía entre un valor IOFF y un valor ION, dando lugar a una

potencia variable entre un mínimo y un máximo. Habitualmente se

aplica como IOFF un valor cercano al umbral con el fin de evitar el

tiempo de encendido a la vez que se minimiza la potencia en estado

OFF. El valor de ION se escoge para que aplique la máxima

potencia a la fibra.


32

Noviembre 2005

PRH

Tiempo de encendido:

0.2-0.5 ns

Oscilaciones de relajación:

1-20 GHz

Respuesta Dinámica del Láser (gran señal)

Anchos de banda (f3dB)

> 1 GHz siempre

> 25 GHz posible

T

t

e τ−

)(ln

0

0

thoffTon III

It

−+≈ τ Io = Ion- Ioff

Al aplicar un escalón de corriente a un LD la respuesta es mucho más complicada que en un LED y puede verse esquematizada en la Figura. Durante un tiempo inicial, denominado tiempo de encendido, no se emite potencia. Posteriormente la potencia emitida aumenta muy abruptamente y presenta oscilaciones hasta que se relaja a su valor de equilibrio.

El tiempo de encendido es el necesario para que el número de portadores en la zona activa llegue a su valor umbral. Este tiempo depende de la corriente inicial y de la corriente inyectada, siendo su valor típico entre 0,2 y 0,5 ns. Las oscilaciones de relajación tienen una frecuencia entre 1 y 20 GHz, dependiendo de la estructura del láser y del valor de la corriente. En décimas de ns se suele alcanzar el estado estacionario.

El origen de estas oscilaciones es la interacción entre las poblaciones de portadores y fotones en el interior de la cavidad, que tienen un comportamiento resonante similar al de un circuito LCR.

Si se evita el tiempo de encendido mediante prepolarización como veremos a continuación, la respuesta de casi todos los láseres es muy rápida, pudiendo llegar a anchos de banda entre 1 y 40 GHz. En aquellos láseres no diseñados para alta velocidad, el límite viene dado por los parásitos eléctricos del encapsulado.


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Noviembre 2005

PRH

Dinamica en Láseres Multimodo

Respuesta en régimen transitorio

Concentración de Portadores

Pópt modo 0

Pópt modo ± 1

Pópt modo ± 2


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Noviembre 2005

PRH

Modulación en Frecuencia

Origen físico:

∆I ⇒ ∆ n (portadores) ⇒ ∆ neff ⇒ ∆ν

Modulación en AM (intensidad)⇒ Modulación en FM (frecuencia óptica)

Chirp: variación en la frecuencia

óptica de emisión causada por la

modulación AM

Consecuencia: Ensanchamiento del espectro emitido

Solución: Modulación Externa

Uno de los mayores problemas en LDs en aplicaciones de alta velocidad y alta distancia es el fenómeno de la modulación en frecuencia que se produce al aplicar una modulación directa en intensidad.

El origen físico de este fenómeno es la variación del índice de refracción con la concentración de portadores, que hace que varíe a su vez la frecuencia óptica de emisión. En el transitorio de encendido, las oscilaciones de relajación hacen que el número de portadores varíe con el tiempo y por tanto también lo hace la longitud de onda. Ello da lugar al denominado “chirp” del láser, ensanchamiento promedio del espectro en conmutación. El valor del ensanchamiento depende de un parámetro del semiconductor denominado α (“linewidth enhancement factor”), característico de cada dispositivo.

Esta modulación de la frecuencia óptica puede ser aplicada en comunicaciones ópticas coherentes como técnica de modulación FM; sin embargo en la mayoría de las aplicaciones que utilizan modulación directa es un inconveniente que no puede ser evitado. Por ello a altas velocidades (> 1 Gbs) se utiliza en ocasiones un modulador externo en lugar de modulación directa.


35

Noviembre 2005

PRH

• Objetivo: Modulación externa del láser para evitar cambios en la frecuencia emitida (chirp) y partición modal.

• Principio de operación: Generalmente, modulación de la luz por cambio en el índice de refracción.

• Tipos: Según el mecanismo utilizado para modular el índice de refracción se pueden clasificar en dos tipos:

• Electro-ópticos (EO): Indice de refracción modulado por una señal eléctrica.

• Acusto-ópticos (AO): Indice de refracción modulado por una onda acústica.

• Parámetro más importante: Relación de extinción

Modulación externa


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Noviembre 2005

PRH

Modulador Electro-ÓpticoÓptica Integrada (LiNbO3)

Basado en un Interferómetro

Mach-Zehnder


37

Noviembre 2005

PRH

Modulador Electro-óptico SEED


38

Noviembre 2005

PRH

Acoplo Láser a Fibra

Diodo Láser:• Muy sensible a la

realimentación óptica

Necesidad de:

• Aisladores Ópticos

• Componentes poco reflexivos

El acoplo de la potencia emitida por el láser a una Fibra SM tiene una gran dificultad debido a la alta divergencia de la fuente, que además es astigmática, y a las reducidas dimensiones del diámetro de la fibra. Lleva un complicado proceso de alineamiento y suele llevarse a cabo con diferentes tipos de lentes.

Adicionalmente, debe minimizarse la reflexión de las lentes, o de cualquier otro punto del sistema, puesto que la emisión del láser se desestabiliza, incluso con niveles muy pequeños de reflexión. Esto se consigue mediante el uso de aisladores ópticos.


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Noviembre 2005

PRH

Pigtailed FP-LD

POF-receptacle LED

Receptacle FP-LD

Pigtailed DIL DFB

Uncoupled FP-LD

Receptacle VCSEL

Encapsulados/Acoplos

Existe una gran variedad de modelos comerciales de encapsulado, casi todos ellos modificaciones de los habituales en transistores y CI. El acoplo a fibra puede hacerse mediante un “pigtail”, tramo corto de fibra terminado en conector macho, o mediante un conector de fibra hembra (receptacle)


40

Noviembre 2005

PRH

Vin

Circuitos de Ataque yPolarizacion (I)

Existen todo tipo de módulos comerciales LED y láser incluyendo en el encapsulado diversos accesorios además del propio emisor.

Todos los láseres comerciales incluyen un fotodetector en el encapsulado que actúa como monitor de potencia emitida. Algunos incluyen adicionalmente un sensor de temperatura y un dispositivo tipo “Peltier” que permite variar la temperatura mediante un controlador externo. Los módulos de altas prestaciones pueden incluir también un aislador óptico. El acoplo a la fibra se realiza mediante una lente, habitualmente tipo “GRIN”.


41

Noviembre 2005

PRH

Circuitos de Ataque yPolarizacion (II)

LED LASER


42

Noviembre 2005

PRH

Comparación de Emisores

MMSMSMMMAcoplo a Fibra

Alta-Muy AltaAlta-Muy AltaAlta-Muy AltaBaja-MediaVelocidad

BT Alta -Larga distancia

Muy alto

2ª, 3ª

Alta

Muy estrecho

Alta

LD-DFB

BT Alta -Corta distancia

BT baja/media -Distancia: baja/media

BT BajaCorta distancia

Aplicaciones

BajoMedioBajoCoste

1ª2ª, 3ª1ª, 2ªVentana

AltaAltaBajaSens. Temper.

Muy estrechoEstrechoAnchoEspectro

AltaAlta BajaPotencia en fibra

VCSELLD-FPLED


43

Noviembre 2005

PRH

Ejemplos de Catálogo – LD-FP


44

Noviembre 2005

PRH

LD-FP


45

Noviembre 2005

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Ejemplos de Catálogo – LD-DFB


46

Noviembre 2005

PRH

LD-DFB

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