caracteristicas de las fibras opticas - publicaciones de Roberto Ares

TRANSMISOR DE ENLACE OPTICO
PROPIEDADES MODALES DE EMISIÓN. La cavidad emisora tiene modos de resonancia que actúan sobre la salida de
la radiación. Hay modos longitudinales (modo de resonancia a lo largo de la cavidad) y transversales (modo de resonancia
vertical u horizontal de una cara de la cavidad). Los primeros dan lugar al espectro de emisión, es decir a la densidad de
potencia Popt en función de la longitud de onda. Los segundos dan lugar al patrón del campo emitido. El campo de emisión
se descompone en un campo cercano y uno lejano, éste se forma por la difracción de aquél. El campo lejano se aproxima a
una función lambertiana:
Popt = Popt max . (cosφ) M
donde Popt max es el valor máximo de la potencia óptica emitida y φ es el ángulo respecto del valor de máxima emisión. El
campo cercano y lejano sufren astigmatismo, por lo que son elípticos y perpendiculares entre sí.
El espectro de emisión está relacionado con los modos longitudinales. Como se ve en la Fig 04 los modos longitudinales
están separados por un valor Δλ. El ancho espectral de emisión de Δλ se mide a la mitad de potencia óptica máxima (RMS)
para emisores multimodo y a -20 dB para monomodo. Este valor entiende en el problema de la dispersión cromática de las
fibras ópticas monomodo. En general los emisores Led tienen ancho espectral elevado frente al Láser. Por otro lado, la
segunda ventaja tiene ancho espectral mayor que la primera. Los valores están cercanos a 50 y 100 nm para Led de 0,85 y
1,3 µm y entre 0,1 y 5 nm para el Láser.
El espectro de emisión se corre con la temperatura, además de modificarse con la corriente de trabajo. La separación entre
modos de emisión para un Láser de cavidad (Fabry-Perot) es:
δλ = λ 2 /[2.L.(n-λ.dn/dλ)]
Donde L la longitud de la cavidad y n el índice
de refracción del semiconductor. El corrimiento
con la temperatura se puede indicar de acuerdo
a la Tabla 01.
3.3- FABRICACIÓN DE LOS EMISORES
Los emisores se fabrican por métodos físicos o químicos. Entre los métodos químicos se distinguen la epitaxis en fase sólida,
líquida o gaseosa. El crecimiento del semiconductor debe ser controlado para que las diferentes capas estén libres de defectos
y dislocaciones, manteniendo la red cristalina constante. Es importante que el parámetro de la red y el coeficiente de
dilatación térmica sean lo más parecido posibles entre capas.
Los métodos más interesantes son el crecimiento epitaxial en fase líquida y de vapor, LPE y VPE respectivamente. En el
crecimiento en fase líquida los semiconductores se colocan en recipientes deslizables a una temperatura cercana a 800°C.
Debajo se coloca el sustrato de forma que el recipiente que esté en contacto con el sustrato crea una capa de material
dejándose para ello reaccionar hasta el equilibrio superficial. Al disminuir la temperatura se deposita la capa de material. La
temperatura y el tiempo de reacción controlan la profundidad de la capa.
En la epitaxis en fase de vapor (algunas veces llamada metal-orgánico MOCVD) se transporta al semiconductor en una
corriente de H 2 . Para alcanzar la temperatura de reacción se usa un calefactor de radiofrecuencia. Este método es más
delicado y peligroso pero obtiene un mejor control sobre la zona de deposición.
Los factores que evitan defectos cristalinos y minimizan las emisiones mecánicas que producen absorción son:
-la elección del sustrato con pocas dislocaciones,
-el cuidado para evitar fracturas durante el crecimiento,
-evitar la contaminación con oxígeno y
-emplear un metal blando (In) para soldadura al disipador.
3.4- MECANISMOS DE DEGRADACIÓN
Tabla 01. Corrimiento de parámetros con la temperatura.
Longitud de onda en µm 0,85 1,3 1,55
Modos longitudinales en nm 0,27 0,6 0,9
Ancho espectral en nm 2 5 7
Corrimiento del máximo nm/°C 0,22 0,5 0,73
Corrimiento del modo en nm/°C 0,06 0,12 0,18
Las características de los emisores son: ópticas, eléctricas, térmicas, dinámicas y de ruido. Dichas características sufren una
degradación con el paso del tiempo. Las degradaciones pueden clasificarse en:
-Estáticas: degradación de la características I vs V y de la características ópticas: modal (Popt vs λ) y de salida (Popt vs I)
-Dinámicas: degradación Químicas (gradual por absorción y oxidación) y Metalúrgicas (abruptas por dislocación y fractura)
Una causa se debe a la degradación del contacto metal-semiconductor. Para mejorar la performance se difunde Zn en el
contacto. La degradación de la cara óptica de emisión se debe a la oxidación parcial y al deterioro. La misma se incrementa
con la potencia de salida. La degradación gradual se manifiesta como una reducción de la eficiencia cuántica externa. Se
1406-(8)