caracteristicas de las fibras opticas - publicaciones de Roberto Ares

TRANSMISOR DE ENLACE OPTICO
6-Concentración de electrones a 0°K. En un material tipo N existen electrones en exceso en la BC y en el tipo P exceso de
lagunas en la BV, combinando ambos materiales, es decir formando una juntura PN, se logran simultáneamente ambas
condiciones. Una distribución de portadores por el estilo se denomina población invertida; la misma ocurre cuando Fc-Fv
es mayor que BC-BV.
7-Concentración a temperatura ambiente. Se caracteriza por una distribución estadística de los electrones en lugar de ser
predecible como en el caso anterior.
Para incentivar la emisión de luz se debe lograr que existan portadores en exceso para aumentar las transiciones
radiactivas. Para ello se forma una juntura PN. En la Fig 02 se sigue el orden de análisis: En el diagrama de niveles para la
juntura PN se observa que en la juntura se alinean los niveles de Fermi Fc y Fv. Mientras en los semiconductores aislados
se alinean los niveles de BC y BV, cuando están en contacto formando una juntura se alinean los niveles Fc y Fv. En esta
condición, en la juntura hay exceso de lagunas y electrones aportados por los semiconductores tipo P y N respectivamente.
En el diagrama de niveles con la juntura en polarización directa se modifican los valores de energía para que los
electrones tengan mayor energía que las lagunas. En la juntura conviven los dos cuasi-niveles de Fermi Fv-Fc. La transición
es radioactiva y la alimentación en directa de ella permite el aporte de lagunas y electrones desde la fuente a la juntura con lo
que se mantiene la población de portadores y la emisión de luz. En principio una juntura simple como la mostrada es
suficiente para la emisión continua de luz. La performance es mejorada substancialmente si se crea una juntura múltiple de
varias capas (heteroestructura). La emisión en una estructura simple es casi esférica reduciéndose la luz acoplada a la fibra
óptica. Para obtener una emisión concentrada en una dirección se recurre a la heteroestructura.
En 1968 se tenía desarrollada una estructura bastante eficiente en la primer ventana y ya en 1972 estaba desarrollada la
estructura múltiple actual. En el ejemplo de la Fig 02 tienen 5 capas siendo la central la zona de juntura donde se produce la
emisión de luz. Las capas aledañas actúan para el confinamiento de la emisión. La capa inferior es el sustrato donde se
crecen las otras capas; desde el sustrato hasta la capa superior el tipo de material se modifica. Así para 0,85 µm se tienen
AsGa, GaAl, As, AsGa, GaAlAs, AsGa; en cambio, para longitudes de onda largas 1,3 µm tenemos: InGaAs, InP, InGaAsP,
InP, InP.
El confinamiento de la emisión en la juntura se logra con la heteroestructura y se recurre a dos estrategias (Fig 02):
-Por un lado, se hace incrementar el índice de refracción hacia la juntura para producir reflexión total como en el núcleo de
las fibras ópticas; por otro lado, la separación entre BC y BV se reduce al valor adecuado a la longitud de onda deseada en la
zona de juntura y se incrementa en las zonas aledañas.
-Por otro lado, la segunda estrategia se permite que los portadores emitan sólo en la zona de juntura, se impide de tal manera
la absorción de luz fuera de dicha zona de juntura.
Si el confinamiento es eficiente se permite lograr la densidad de fotones necesaria para la emisión estimulada, lo cual da
lugar a la emisión monocromática coherente efecto Láser. Un Diodo Emisor de Luz LED tiene una estructura tal que no
logra el umbral de concentración necesario para la emisión estimulada por lo que la eficiencia cuántica externa puede ser
muy baja. Se define eficiencia cuántica externa a la relación entre la potencia óptica de salida y la potencia eléctrica de
entrada. Esto se debe a que el índice de refracción del semiconductor es elevado (3,4 para el InP y 3,6 para el AsGa) y el
ángulo crítico (Apertura Numérica) para la extracción de la emisión es pequeño. Cuando se incrementa el número de
portadores inyectados (10 18 cm -3 ) comienza la emisión Láser.
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