UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGOFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE COMPUTACIÓN Y SISTEMAS

Tema:

TRABAJO DE INVESTIGACION

DOCENTE:

LIMAY ARENAS NOLBERTO JOSE

Curso:

Física para la computación

Integrantes:

Vásquez Tueros Enrique MarceloSamame Ascorbe Raul

Chavarry Vasquez DanteCotrina Mauricio Alam

TRUJILLO – PERÚ

2014

Contenido1. Ondas electromagnéticas...........................................................................................................3

1.1. Definición...........................................................................................................................3

1.2. Características....................................................................................................................4

2. Espectro electromagnético........................................................................................................4

3. Polarización de la luz..................................................................................................................6

3.1. Definición...........................................................................................................................6

3.2. Tipos de polarización..........................................................................................................6

3.2.1. Polarización por absorción selectiva...........................................................................6

3.2.2. Polarización por reflexión...........................................................................................7

3.2.3. Polarización por birrefringencia..................................................................................8

4. Lentes y formación de imágenes................................................................................................9

4.1. Tipos de lentes...................................................................................................................9

4.1.1. Lentes Convergentes..................................................................................................9

4.1.2. Lentes Divergentes.....................................................................................................9

4.2. Formación de imagen en el lente.......................................................................................9

5. Semiconductores......................................................................................................................11

5.1. Intrínsecos........................................................................................................................11

5.2. Extrínsecos.......................................................................................................................11

6. Semiconductor Óptico..........................................................................................................13

1. Ondas electromagnéticas

1.1. DefiniciónUna onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell.

A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado.

Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad constante muy alta, pero no infinita de 300.000 km por segundo. A esta velocidad podemos:- darle la vuelta entera a la Tierra en 20 milisegundos.- viajar a la Luna en 1,3 segundos.- llegar al Sol en 8 minutos 19 segundos.- llegar a la estrella más cercana en 4,2 años.

Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Años luz: En un año la luz recorre 9,46 millones de millones de kilómetros:9.460.000.000.000 Km = 9,46 x 1012 Km.A esta distancia se le llama el año-luz y es muy útil para expresar las distancias entre cuerpos estelares. Para viajar a la estrella más cercana (Alfa Centauro), la luz se demora 4,2 años, se dice entonces que Alfa Centauro se encuentra a una distancia de 4,2 años-luz.Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.

1.2. CaracterísticasTodas se propagan en el vacío a una velocidad constante, gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.Las ondas electromagnéticas son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La onda electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los rayos gamma y los rayos X duros tienen una Longitud de onda de entre 0,005 y 0,5 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). Los rayos X blandos se solapan con la radiación ultravioleta en longitudes de onda próximas a los 50 nm. La región ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que va aproximadamente desde 400 hasta 800 nm. Los rayos infrarrojos o ‘radiación de calor’ (véase Transferencia de calor) se solapan con las frecuencias de radio de microondas, entre los 100.000 y 400.000 nm. Desde esta longitud de onda hasta unos 15.000 m, el espectro está ocupado por las diferentes ondas de radio; más allá de la zona de radio, el espectro entra en las bajas frecuencias, cuyas longitudes de onda llegan a medirse en decenas de miles de kilómetros.

2. Espectro electromagnético Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden contemplar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. La longitud de una onda es el período espacial de la misma, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso.Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta.

Se puede obtener mucha información acerca de las propiedades físicas de un objeto a través del estudio de su espectro electromagnético, ya sea por la luz emitida (radiación de cuerpo negro) o absorbida por él. Esto es la espectroscopia y se usa ampliamente en astrofísica y química. Para ello se analizan los espectros de emisión y absorción.

El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido.

El espectro de absorción de un material muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda,

hecho que está asociado a las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos. De hecho, se emplea el espectro de absorción para identificar los elementos componentes de algunas muestras, como líquidos y gases; más allá, se puede emplear para determinar la estructura de compuestos orgánicos. Un ejemplo de las implicaciones de un espectro de absorción es que aquel objeto que lo haga con los colores azul, verde y amarillo aparecerá de color rojo cuando incida sobre él luz blanca.

En la imagen de la izquierda podemos ver un ejemplo de aplicación del estudio de los espectros. Cuando la luz índice sobre una nube de gas, su posterior estudio, revela

los componentes de los que está formada, ya que sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por la nube. Cada elemento tiene su propia firma espectral.

3. Polarización de la luz3.1. Definición

La polarización es una propiedad exclusiva de las ondas transversales consistente en la vibración del campo eléctrico y del magnético en una dirección preferente sobre las demás.En general, las ondas electromagnéticas no están polarizadas, lo que quiere decir que el campo magnético y el campo eléctrico pueden vibrar en cualquiera de las infinitas direcciones que son perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas. Se produce el fenómeno de la polarización cuando se consigue que la vibración de las ondas se realice en una dirección determinada.

3.2. Tipos de polarización

3.2.1.Polarización por absorción selectiva

En 1938, el inventor americano Land descubrió un material formado pro finas láminas que contienen moléculas de hidrocarburos alineadas en largas cadenas. Se llamó

polaroide o polarizador. Cuando el campo eléctrico de la luz tiene la dirección de estas moléculas se generan corrientes de electrones libres a lo largo de ella y la luz es absorbida. Si la luz del campo eléctrico oscila en la dirección perpendicular a la alineación de las moléculas no sufre apenas variación y atraviesa el filtro. A esta dirección se le denomina eje de transmisión del filtro.Nota: Gafas de sol polaroid: La luz solar que se refleja sobre superficies lisas como la nieve, el agua o el asfalto y que provoca un deslumbramiento muy molesto a la vista está polarizada horizontalmente. Las gafas polaroid contienen sucesiones de cristales microscópicos alineados que son capaces de absorber esta luz polarizada horizontalmente evitando el deslumbramiento asociado a la luz reflejada.Experiencia: Vamos a hacer atravesar la luz por dos filtros idénticos . Al primero lo llamaremos polarizador y al segundo analizador. La luz no polarizada se polarizará al atravesar el polarizador según la dirección de su eje de transmisión. Si la dirección del eje de transmisión del analizador coincide con la del polarizador la luz atravesará el analizador. Pero si lo vamos girando, vemos que la luz se va absorbiendo hasta que no pasa, cuando son perpendiculares.

Esto había sido

enunciado por el francés Malus en 1809:I = Io cos2 θ, donde I es la intensidad de la luz emergente del analizador, Io la intensidad de la luz incidente en él y θ es el ángulo que forman los ejes de transmisión de ambas láminas polarizadoras. A la expresión se le conoce como ley de Malus. Se deduce que la luz emergente es igual a la incidente cuando los ejes de transmisión son paralelos y es nula cuando ambos ejes son perpendiculares. Se dice que los polarizadores están cruzados

3.2.2.Polarización por reflexión

En 1808 el francés Malus descubrió que si la luz natural incide sobre una

superficie pulimentada de vidrio, la luz reflejada está total o parcialmente polarizada, dependiendo del ángulo de incidencia.En 1812, el escocés Brewster descubrió que la polarización es total para un ángulo de incidencia tal que el rayo reflejado y el refractado formen un ángulo de 90°. A este ángulo se le llama ángulo de polarización o de Brewster.OJO: r + r’ = 90; i = r por las leyes de la reflexión.Para un rayo que incide desde el aire (índice n1) sobre un medio con índice de refracción n1 tendremos n2/n1 = sen i / sen r’ = sen i / sen (90-r) = sen i /cos r = sen i / cos i = tag i;n2/n1 = tg i;La polarización es total cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio en el que tiene lugar la refracción.

3.2.3.Polarización por birrefringencia

La birrefringencia o doble refracción es una propiedad de ciertos cuerpos, como el espato de Islandia, de desdoblar un rayo de luz incidente en dos rayos linealmente polarizados de manera perpendicular entre sí como si el material tuviera dosíndices de

refracción distintos.La primera de las dos direcciones sigue las leyes normales de la refracción y se llama rayo ordinario; la otra tiene una velocidad y un índice de refracción variables y se llama rayo extraordinario. Este fenómeno sólo puede ocurrir si la estructura del material es anisótropa. Si el material tiene un solo eje de anisotropía, (es decir es uniaxial), la birrefringencia puede formalizarse asignando dos índices de refracción diferentes al material para las distintas polarizaciones.La birrefringencia está cuantificada por la relación:

donde no y ne son los índices de refracción para las polarizaciones perpendicular (rayo ordinario) y paralela al eje de anisotropía (rayo extraordinario), respectivamente.La birrefringencia puede también aparecer en materiales magnéticos, pero variaciones sustanciales en la permeabilidad magnética de materiales son raras a las frecuencias ópticas. El papel de celofán es un material birrefringente común.

4. Lentes y formación de imágenes4.1. Tipos de lentes

4.1.1.Lentes Convergentes

Este tipo de lentes se caracteriza porque la parte central tiene mayor espesor que los bordes. La imagen de las lentes convexas se encuentra del otro lado del objeto. Además sus rayos convergen en un punto.

4.1.2.Lentes Divergentes

Se caracterizan porque la parte central es más angosta que la parte de los bordes. Es decir, aumenta su espesor cuando nos acercamos a los extremos. En este tipo de lentes la luz se desvía de forma tal que la imagen se produce del mismo lado que el objeto al que se lo está viendo, pero en un tamaño mucho menor. Los rayos cuando se reflejan en estos lentes divergen.

4.2. Formación de imagen en el lenteLa construcción de imágenes en las lentes, se realizan aplicando las tres propiedades siguientes:

Todo rayo paralelo al eje principal, se refracta pasando por el foco. Todo rayo que pasa por el centro óptico, no se desvía. Todo rayo que pasa por el foco, se refracta paralelo al eje principal.

Siendo:s = distancia del objeto a la lente. Por convenio le tomamos siempre < 0s' = distancia de la imagen a la lentef' = distancia focal imagen

Si la lente es convergente, F’ es un foco real y f’ > 0Si la lente es divergente, F’ es virtual y f’ < 0

Ecuación de los lentes:

Construcción de la imagen:

Aumento (A): En los espejos y en las lentes es la relación entre el tamaño de la imagen (y’) y el tamaño del objeto (y). Se cumple que:

Potencia (P): El número inverso de la distancia focal medida en metros, se denomina Potencia. Cuanto menor es la distancia focal de una lente mayor es su potencia.

La unidad de la potencia óptica en el S.I. es la Dioptría.

5. Semiconductores5.1. Intrínsecos

Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción.

Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente eléctrica.

5.2. Extrínsecos

Los semiconductores extrínsecos se caracterizan, porque tienen un pequeño porcentaje de impurezas, respecto a los intrínsecos; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento está dopado.Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se diferencian dos tipos:

Semiconductores extrínsecos tipo n:

Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlace covalente, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la temperatura, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han unido.

Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas

se las llama donadoras.

En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductores extrínsecos de tipo p:

En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría.

Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

6. Semiconductor Óptico

Un amplificador óptico semiconductor es un amplificador óptico basado en un semiconductor de ganancia media. Es

esencialmente como un diodo laser, donde en los finales de las ventanas tienen ventanas que han sido reemplazadas con una capa antireflectante. La señal de luz es enviada a través de un semiconductor de una guía de onda de modo único con dimensiones transversales de, por ejemplo 1-2 micras y una longitud del orden de 0.5-2 mm. El modo de la guía de onda tiene una considerable superposición con la región activa (de amplificación). que es bombeado con una corriente eléctrica. La inyección de corriente crea una cierta densidad de portadores en la banda de conducción, permitiendo transiciones ópticas de la banda de conducción a la banda de valencia. El máximo aumento se produce para fotón energías ligeramente por encima de la banda prohibida de energía.

SOA se utilizan a menudo en los sistemas de telecomunicaciones en la forma de componentes de fibra "pigtailed", operando con señales de longitudes de onda cerca de 1,3 o 1,5 um, y de ganancias sobre aproximadamente 30 dB

Cavidad vertical SOA

Un tipo especial de SOA es la de la cavidad vertical de SOA (VCSOA). Es muy similar a un superficie de cavidad vertical láser de emisión, Pero la reflectividad del espejo superior se reduce de modo que la umbral de láser no se alcanza. La reflectividad superior sigue siendo significativa, es necesaria para la obtención de una ganancia bastante alta, ya que el único paso a través de una ganancia de pocos pozos cuánticos es bastante baja, sino que también reduce sustancialmente el aumento de ancho de banda. Comparando con el borde estándar de emisión de una SOA, VCSOAs se puede

hacer mucho más pequeños y más barato, y puede ser operado con las corrientes más bajos de unidad. (Normalmente, el orden de 10 mA debería ser suficiente para 20 dB de ganancia).

Aplicación en el Canal de Traducción

La amplificación no es realmente la única aplicación de SOA: también hay aplicaciones en la de comunicaciones de fibra óptica sobre la base de no linealidades como ganancia de saturación o como un tipo de fase tranversal de modulación, la cual esta asociada con cambios en la via del índice reflectivo Que se asocia con cambios en el índice de refracción a través de la densidad de portadores en una SOA. Tales efectos pueden ser utilizados para la traducción de canal (conversión de longitud de onda) en la división de longitud de onda de multiplexación sistemas, para la conversión de formato de modulación, la recuperación de reloj, la regeneración de la señal, y de reconocimiento de patrones.