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Para sistemas
ópticos, encontramos dois tipos de fontes ópticas que são freqüentemente
utilizadas: LED e LASER.
Cada um
destes dois tipos de fontes oferecem certas vantagens e desvantagens, e
diferenciam-se entre si sob diversos
aspectos:
- Potência luminosa: os lasers oferecem maior potência óptica se
comparados com os leds.
LED : (-7 a -14dBm)
LASER : (1dBm)
- Largura espectral: os lasers tem largura espectral menor que os
leds, o que proporciona menor dispersão material.
- Tipos e velocidades de modulação: os lasers tem velocidade
maior que os leds, mas necessitam de circuitos complexos para manter uma
boa linearidade.
- Acoplamento com a fibra óptica: o feixe de luz emitido pelo
laser é mais concentrado que o emitido pelo led, permitindo uma eficiência
de acoplamento maior.
- Variações com temperatura: os lasers são mais sensíveis que
os leds à temperatura.
- Vida útil e degradação: os leds tem vida útil maior que os
lasers (aproximadamente 10 vezes mais), além de ter degradação bem
definida.
- Custos: os lasers são mais caros que os leds, pois a dificuldade
de fabricação é maior.
- Ruídos: os lasers apresentam menos ruídos que os leds. Ambos
podem ser fabricados do mesmo material, de acordo com o comprimento de
onda desejado:
* AlGaAs (arseneto de alumínio e gálio)para 850 nm.
* InGaAsP (arseneto fosfeto de índio e gálio) para 1300 e 1550 nm.
Através das características de ambos os elementos, vemos que o laser é
o que nos fornece uma maior potência luminosa e uma menor largura
espectral, razão pela qual é amplamente empregado nos circuitos ópticos.
Desta forma, faremos um breve entendimento sobre os conceitos básicos do
laser, bem como o seu funcionamento como fonte óptica.
LASER
Para entendermos o funcionamento de um laser, vamos tomar um laser a gás
(HeNe) de maneira didática onde os números usados são ilusórios para
maior visualização dos fenômenos.
Um átomo é composto de um núcleo e de elétrons que permanecem girando em
torno do mesmo em órbitas bem definidas.
Quanto mais afastado do núcleo gira o elétron, menor a sua energia.
Quando um elétron ganha energia ele muda de sua órbita para uma órbita
mais interna, sendo este um estado não natural para o átomo mas sim forçado.
Como esse estado não é natura, o átomo por qualquer distúrbio tende a
voltar a seu estado natural, liberando a energia recebida em forma de
ondas eletromagnéticas de comprimento de onda definido em função das órbitas
do átomo.
Existem duas condições básicas para que o fenômeno laser aconteça:
· Inversão de
população
· Alta
concentração de luz
Inversão de população é o estado em que uma grande quantidade de átomos
ficam com elétrons carregados de energia, girando em órbitas mais
internas.
É
como se o átomo fosse engatilhado para o disparo de ondas eletromagnéticas
(os fótons). Esse estado é conseguido através de altas tensões de
polarização fornecidas ao laser (200 à 300V).
A alta concentração de luz é a perturbação necessária para que o átomo
dispare, ou seja, volte a sua condição natural, liberando portanto, a
energia armazenada em forma de ondas eletromagnéticas. Se tivermos uma
quantidade de átomos suficientes engatilhados e se a concentração de
luz for suficiente teremos um efeito multiplicativo onde o fóton gerado
gera outros fótons, obtendo-se assim o fenômeno laser (emissão de radiação
estimulada amplificada pela luz).
As características típicas de um laser são:
·
luz coerente
· altas potências
· monocromaticidade
· diagrama de
irradiação concentrado
· altas tensões
de polarização
· fluxo de luz
não proporcional à corrente
· vida útil
baixa (10000 horas)
· sensível a
variações de temperatura
· alto custo
· próprio
para sinais digitais
· altas
velocidades, ou seja, grande banda de passagem (1 Ghz ou mais)
Os lasers usados em sistemas ópticos são feitos de materiais
semicondutores, os quais geram comprimentos de onda apropriados para
transmissão (janelas de baixa atenuação). A cavidade onde ocorre o fenômeno
laser é obtida através da diferença entre os índices de refração das
várias camadas, da diferença de intensidade de campo elétrico e dos
espelhos (face polida) do cristal semicondutor.
Existem dois tipos de lasers quanto ao tipo de fabricação:
- Lasers cujo guia de onda (cavidade ressonante) é induzida por corrente,
chamados lasers GLD (gainguide laser diode).
- Lasers cujo guia de onda é incorporado pela variação de índice de
refração, chamados lasers ILD (index guide laser diode).
As suas principais diferenças são:
a) Corrente de acionamento
GLD: 50 à 120 mA
ILD: 10 à 60 mA
b) Astigmatismo
GLD: forte
ILD: muito fraco
c) Sensibilidade
GLD:
baixa
ILD: alta
d) Técnica de fabricação
GLD: simples
ILD: complexa
Os lasers são geralmente montados em módulos que tem a função básica
de garantir um perfeito funcionamento e alinhamento em condições de
operação, pois são componentes herméticos ou selados.
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