Wiki de fuente de luz óptica: introducción completa de LED vs diodo láser

Sabemos que un sistema básico completo de fibra óptica está compuesto por un transmisor, fibra óptica y receptor en el sistema de fibra óptica. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, el transmisor y el receptor están integrados en un único dispositivo conocido como módulo transceptor óptico. Este artículo presentará componentes ópticos esenciales en el transmisor: fuentes de luz de fibra óptica, incluidas halógenas, LED y láser. 

La fuente de luz óptica puede modularse mediante el circuito de accionamiento según la señal que se vaya a transmitir. En la prueba de red de fibra óptica, la fuente de luz óptica también es necesaria para medir la pérdida de fibra óptica en el enlace de fibra óptica. ¿Conoce la diferencia entre Laser diode vs LED? En este artículo, presentaremos en detalle dos tipos de fuentes de luz semiconductoras: LED frente a láser .

Figura 1: LED frente a VCSEL frente a láser

¿Cuál es el principio de funcionamiento de la fuente de luz óptica?

El principio de funcionamiento de las fuentes de luz óptica LED y láser consiste en proyectar el haz de luz microscópico en la fibra óptica; la fuente óptica puede encenderse y apagarse millones o incluso miles de millones de veces por segundo durante la transmisión de las señales ópticas. Solo cuando ambas fuentes de luz óptica se conmutan con precisión y rapidez, la señal óptica puede transmitirse correctamente.

¿Qué es una fuente de luz óptica LED?

El LED puede utilizarse como fuente de luz óptica en muchos campos cruciales. Su principio luminoso es la electroluminiscencia. Este fenómeno significa que, cuando los electrones y los huecos se recombinan en la unión, la unión P-N polarizada directamente emitirá una  fuente óptica.

Figura 2: Principio de funcionamiento del LED

Dentro del LED de fibra óptica, se utilizan una banda de conducción y una banda de valencia. Cuando los electrones de mayor nivel de energía saltan a la banda de valencia, que está en la banda de producción y contiene huecos, liberan energía, que puede ser energía luminosa o energía térmica.

La recombinación de los portadores de carga producirá una reacción exotérmica o endotérmica. La reacción exotérmica se producirá cuando los electrones de alto nivel mencionados anteriormente migren a la banda de valencia de bajo nivel y se combinen con huecos. Al mismo tiempo, la recombinación se producirá solo cuando la energía de los dos electrones que se van a recombinar sea similar.

A través de la investigación de la ciencia de materiales, algunos semiconductores liberan energía emitiendo calor, incluidos el Germanium y el Silicon, mientras que algunos semiconductores liberan energía emitiendo luz, principalmente GaAsP (Gallium Arsenide Phosphide) y GaP (Gallium Phosphide). Por lo tanto, GaAsP y GaP son los más adecuados para fabricar dispositivos LED

La aparición de las fuentes de luz LED de fibra óptica ha aportado numerosos beneficios, como un tiempo de respuesta rápido de 0.1 microsegundos, la emisión de radiación visible de longitud de onda estrecha y una alta eficiencia de conversión de luz. Estas importantes ventajas la convierten en un excelente dispositivo de fuente de luz óptica.

¿Qué es una fuente de luz óptica láser?

El principio de funcionamiento del láser es la radiación de emisión estimulada. Por lo tanto, también se le llamó amplificación óptica por radiación estimulada. La emisión estimulada ocurre cuando los fotones colisionan con átomos y producen fotones similares

Figura 3: Fuente de luz óptica láser

Cuando se suministra al electrón un nivel más bajo de energía eléctrica, el electrón migrará de la banda de valencia a la banda de conducción y absorberá al mismo tiempo la energía adicional que se le proporciona, lo que se denomina absorción.

Figura 4: Principio de funcionamiento del láser

Cuando el electrón está en un nivel superior, se vuelve inestable. Para estabilizarse, emitirá cierta energía, posiblemente energía luminosa o energía térmica. Cuando emite energía luminosa, la emitirá en forma de fotones. Llamamos a este proceso emisión espontánea.

Entonces, ¿qué es la emisión estimulada? Cuando los fotones impactan en los electrones, estos electrones reciben alta energía debido al impacto de fotones que transportan más energía, lo que hace que el electrón sea inestable. Mientras tanto, el electrón se moverá a un estado de menor energía y emitirá otro fotón junto con el fotón incidente. Llamamos a este proceso emisión estimulada.

El proceso de emisión estimulada ocurre en el diodo láser, y los fotones similares a los fotones incidentes convergen y se emiten como un haz de luz. Estos fotones emitidos liberarán más fotones similares a los fotones incidentes, por lo que los haces de luz generados por una fuente de luz óptica láser son coherentes y monocromáticos.

Cuál es la diferencia entre LED y láser

La diferencia clave entre LED y láser es el color del haz de luz: el LED puede ser de varios colores, mientras que el láser solo puede ser un haz de luz de un único color. El principio de funcionamiento del LED es la electroluminiscencia y el principio de funcionamiento del láser es el de la emisión estimulada. Además de esto, LED representa la fuente de luz estándar, abreviatura de diodos emisores de luz, mientras que la fuente de luz láser se utiliza generalmente en situaciones especiales. La fuente de luz láser tiene una velocidad de operación más rápida, menor pérdida de transmisión óptica y menor BER(bit error ratio). Estos son los beneficios de las fuentes de luz láser, y su precio es más caro que el de las fuentes de luz óptica LED.

¿Qué es VCSEL?

VCSEL significa láser de emisión superficial con cavidad vertical; está compuesto por dos reflectores de Bragg distribuidos (DBR) dopados de forma opuesta con una capa de cavidad. El láser VCSEL se ha convertido en una fuente láser de red de alta velocidad popular en el mercado. Las ventajas de bajo coste y gran ancho de banda lo convierten en una solución ideal para una red de fibra óptica gigabit. Además de su aplicación en fuentes de luz de fibra óptica, también se utiliza en la transmisión de señales analógicas de banda ancha, espectroscopia de absorción (TDLAS) e impresoras láser.

Conclusión

Esta publicación presenta dos tipos de fuentes de luz óptica — diodo láser frente a LED, y se centra en el principio de funcionamiento de cada uno. Un aspecto a tener en cuenta es que la longitud de onda emitida tanto por el LED como por el láser está en un rango continuo en lugar de una sola longitud de onda. QSFPTEK ofrece accesorios utilizados con fuentes ópticas, como transceptores de fibra óptica. Obtenga más información sobre los productos QSFPTEK con el servicio de atención al cliente a través de [email protected].