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Fontes Óticas: Diodos Laser sobre LEDs

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Nós agora discutimos o próximo tipo dos transmissores mais usados-o diodo laser. As vantagens dos LEDs incluem a sua compacidade, baixo custo e a capacidade de modular diretamente, modulando a corrente de unidade de frente. No entanto, os LEDs têm algumas limitações, que são discutidas abaixo.
A limitação chave de LEDs são suas grandes larguras espectrais. Provamos anteriormente que, independentemente do comprimento de onda de emissão, a largura espectral dos LEDs é ~ 11 THz. Assim, as diferentes cores representando diferentes componentes espectrais de diodo LED/laser, ao se propagarem por meio de uma fibra óptica viajariam com velocidades diferentes e isso leva à dispersão cromática. O efeito da dispersão cromática pode ser explicado da seguinte forma. (Este tópico será discutido em detalhes mais tarde). Quando as informações são codificadas e transmitidas usando LED, todas as cores / componentes espectrais aparecem em momentos diferentes devido à dispersão cromática, com o resultado de que as informações se espalharão no tempo. A quantidade de spread aumenta linearamente com o comprimento da fibra e, portanto, para links de comunicação de longa distância, o LED não é uma escolha adequada para projetar transmissores. A difusão de bits de informação leva à interferência inter-símbolo (discutida mais tarde em detalhes) e limita a velocidade com que os bits podem ser transportados. Essa questão pode ser superada com o uso de fontes de luz-como lasers-com largura espectral estreita.

A principal vantagem da comunicação óptica é que a frequência portadora é vários terahertz, que podem ser potencialmente modulados em até mesmo até vários gigahertz ou até mesmo centenas de GHz. No entanto, como descrito anteriormente, a largura de banda de modulação de LEDs é apenas alguns MHz tipicamente e, portanto, o benefício de usar a frequência portadora do THz não pode ser utilizado com LEDs de baixa largura de banda. Sendo assim, a segunda limitação é a largura de banda de modulação limitada e que é fundamentalmente limitada por τvagas
. Então, para um sistema de comunicação que funcionará em gigabits por segundo com bandlarguras de vários gigahertz, os LEDs não podem ser usados como fontes ópticas. No entanto, os LEDs serão definitivamente úteis para aqueles aplicativos, que requerem apenas MHz ou vários MHz de largura de banda para links de curta distância, onde a dispersão cromática não é uma limitação. Para os megabits por segundo taxas de dados, os LEDs podem ser usados, pois são mais baratos do que os diodos laser. Os diodos laser têm uma largura espectral menor quando comparados com LEDs. Eles têm capacidade de largura de banda de modulação fundamentalmente maior. No entanto, a eficiência do diodo laser é pobre em comparação com LEDs. A razão por trás da largura espectral menor do diodo laser é que o processo de emissão (emissão estimulada) é fundamentalmente diferente em comparação com os LEDs (emissão espontânea). O processo de emissão dominante em diodos laser é de emissão estimulada, cujas escalas de tempo característico são muito menores em comparação com a emissão espontânea em LEDs.
Esse processo será discutido em detalhes nas próximas palestras. Uma descrição intuitiva é dada abaixo. Na emissão estimulada, em vez de permitir que a recombinação do orifício do elétron aconteça por conta própria (espontaneamente), os fótons são injetados no sistema que estimula o processo de recombinação. Agora, as combinações de furo elétron ocorrem em taxas muito mais rápidas que não se limitando por τritmo mas em vez disso pela taxa de fótons injetados. O tempo de vida estimulado correspondente é muito mais rápido, e daí o diodo laser pode ser modulado muito mais rápido comparado com LEDs.