Wiki sobre Fonte de Luz Óptica: Introdução Abrangente de LED vs Diodo Laser

Sabemos que um sistema básico completo de fibra óptica é composto por um transmissor, fibra óptica e receptor no sistema de fibra óptica. Na maioria das aplicações práticas, o transmissor e o receptor são integrados em um único dispositivo conhecido como um módulo transceptor óptico. Este artigo apresentará componentes ópticos essenciais no transmissor: fontes de luz de fibra óptica, incluindo halógena, LED e laser. 

A fonte de luz óptica pode ser modulada por meio do circuito de acionamento de acordo com o sinal a ser transmitido. No teste de rede de fibra óptica, a fonte de luz óptica também é necessária para medir a perda da fibra óptica no enlace de fibra óptica. Você sabe a diferença entre diodo laser e LED? Neste artigo, apresentaremos em detalhes dois tipos de fontes de luz semicondutoras: LED versus laser .

Figura 1: LED vs. VCSEL vs. Laser

Qual é o princípio de funcionamento da fonte de luz óptica?

O princípio de funcionamento das fontes de luz óptica LED e laser é projetar o feixe de luz microscópico na fibra óptica; a fonte óptica pode ligar e desligar milhões ou até bilhões de vezes a cada segundo durante a transmissão dos sinais ópticos. Somente quando ambas as fontes de luz óptica são comutadas de forma precisa e rápida é que o sinal óptico pode ser transmitido corretamente.

O que é uma fonte de luz óptica LED?

O LED pode ser usado como fonte de luz óptica em muitos campos essenciais. Seu princípio luminoso é a eletroluminescência. Esse fenômeno significa que, quando elétrons e lacunas são recombinados na junção, a junção P-N polarizada diretamente emitirá uma  fonte óptica.

Figura 2: princípio de funcionamento do LED

Dentro do LED de fibra óptica, são usadas uma banda de condução e uma banda de valência. Quando os elétrons de nível de energia mais alto saltam para a banda de valência, que está na banda de produção e contém lacunas, eles liberam energia, que pode ser energia luminosa ou energia térmica.

A recombinação dos portadores de carga produzirá uma reação exotérmica ou endotérmica. A reação exotérmica ocorrerá quando os elétrons de nível alto mencionados acima migrarem para a banda de valência de nível baixo e se combinarem com lacunas. Ao mesmo tempo, a recombinação ocorrerá apenas quando a energia dos dois elétrons a serem recombinados for semelhante.

Por meio da pesquisa em ciência dos materiais, alguns semicondutores liberam energia emitindo calor, incluindo germânio e silício, enquanto alguns semicondutores liberam energia emitindo luz, principalmente incluindo GaAsP (fosfeto de arsenieto de gálio) e GaP (fosfeto de gálio). Portanto, GaAsP e GaP são os mais adequados para fabricar dispositivos LED

O surgimento de fontes de luz LED de fibra óptica trouxe inúmeros benefícios, como tempo de resposta rápido de 0.1 microssegundos, emissão de radiação visível de comprimento de onda estreito e alta eficiência de conversão de luz. Essas vantagens significativas fazem delas excelentes dispositivos de fonte de luz óptica.

O que é uma fonte de luz óptica a laser?

O princípio de funcionamento do laser é a radiação por emissão estimulada. Portanto, as pessoas também a chamavam de amplificação óptica por radiação estimulada. A emissão estimulada ocorre quando fótons colidem com átomos, produzindo fótons semelhantes

Figura 3: Fonte de Luz Óptica a Laser

Quando o elétron recebe um nível mais baixo de energia elétrica, ele migrará da banda de valência para a banda de condução e, ao mesmo tempo, absorverá a energia extra fornecida a ele, o que é chamado de absorção.

Figura 4: Princípio de funcionamento do laser

Quando o elétron está em um nível mais alto, ele se torna instável. Para torná-lo estável, ele emitirá alguma energia, possivelmente energia luminosa ou energia térmica. Quando emite energia luminosa, ela será emitida na forma de fótons. Chamamos esse processo de emissão espontânea.

Então, o que é a emissão estimulada? Quando os fótons impactam os elétrons, esses elétrons recebem alta energia devido ao impacto dos fótons que carregam mais energia, tornando o elétron instável. Enquanto isso, o elétron se moverá para um estado de energia mais baixo e emitirá outro fóton juntamente com o fóton incidente. Chamamos esse processo de emissão estimulada.

O processo de emissão estimulada ocorre inteiramente no diodo laser, e os fótons semelhantes aos fótons incidentes convergem e são emitidos em um feixe de luz. Esses fótons emitidos liberarão mais fótons semelhantes aos fótons incidentes, portanto os feixes de luz gerados pela fonte de luz óptica a laser são coerentes e monocromáticos.

Qual é a diferença entre LED e laser

A principal diferença entre LED e laser é a cor do feixe de luz; o LED pode ser de várias cores, e o laser só pode ser um feixe de luz de uma única cor. O princípio de funcionamento do LED é a eletroluminescência, e o princípio de funcionamento do laser é o da emissão estimulada. Além disso, LED representa a fonte de luz padrão, abreviação de diodos emissores de luz, enquanto a fonte de luz laser geralmente é usada em situações especiais. A fonte de luz laser tem velocidade de operação mais rápida, menor perda de transmissão óptica e menor BER(bit error ratio). Esses são os benefícios das fontes de luz laser, e seu preço é mais alto do que o das fontes de luz óptica LED.

O que é VCSEL?

VCSEL significa laser de emissão de superfície com cavidade vertical; ele é composto por dois refletores de Bragg distribuídos (DBR) dopados de forma oposta com uma camada de cavidade. O laser VCSEL tornou-se uma fonte de laser de rede de alta velocidade popular no mercado. As vantagens de baixo custo e alta largura de banda o tornam uma solução ideal para uma rede de fibra óptica gigabit. Além de sua aplicação em fontes de luz de fibra óptica, ele também é usado na transmissão de sinais analógicos de banda larga, espectroscopia de absorção (TDLAS) e impressoras a laser.

Conclusão

Este post apresenta dois tipos de fontes de luz óptica — diodo laser vs LED, e se concentra no princípio de funcionamento de cada um. Um ponto a observar é que o comprimento de onda emitido tanto pelo LED quanto pelo Laser está em uma faixa contínua, em vez de um único comprimento de onda. QSFPTEK oferece acessórios usados com fontes ópticas, como transceptores de fibra óptica. Saiba mais sobre os produtos QSFPTEK com o atendimento ao cliente via [email protected].