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Tipos de Fontes Ópticas


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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