Transmisores y receptores ópticos.
Receptor Óptico
El propósito del receptor óptico es extraer la información
contenida en una portadora óptica que incide en el fotodetector. En los
sistemas de transmisión analógica el receptor debe amplificar la salida del
fotodetector y después demodularla para obtener la información. En los sistemas
de transmisión digital el receptor debe producir una secuencia de pulsos (unos
y ceros) que contienen la información del mensaje transmitido.
Una configuración básica es el receptor de detección
directa, el fotodetector convierte el flujo de los fotones incidentes en un
flujo de electrones. Después esta corriente es amplificada y procesada. Existen
dos tipos de fotodiodos usuales para recepción óptica, fotodiodo PIN y
fotodiodo de avalancha APD.
En la práctica, para los receptores de detección directa con
fotodiodos PIN, el factor limitante de la sensibilidad del receptor es el ruido
térmico, generado en la sali
da del fotodiodo. Existe dos alternativas
para superar esta limitación, una es el uso de fotodiodo de avalancha
APD, donde el mecanismo de multiplicación de la corriente fotogenerada en el
fotodiodo amplifica la señal fotodetectado. La segunda alternativa es la
utilización de un pre-amplificador óptico antes del fotodetector, para amplificar
la señal óptica antes de la detección.
Una configuración más compleja de receptor óptico es el
empleo de los receptores de detección coherente, con el nivel de potencia del
oscilador local tan alto que el ruido térmico se hace mucho menor que el
producto del batimiento entre la señal del oscilador local y la señal recibida.
La figura presenta el esquema simplificado de detección coherente.
En el caso del esquema coherente, la señal detectada posee
una frecuencia intermediaria dada por:
Donde:
fFI es la frecuencia intermediaria
fS es la frecuencia de la señal recibida y
fLO es la frecuencia del oscilador local.
Los receptores ópticos actuales se basan en uno de los dos
tipos de detectores: el fotodiodo de avalancha APD y el diodo PIN seguido por
un preamplificador de entrada FET (Transistor de Efecto de Campo).
Para señales digitales binarias, el caso más común basta con 22dB de relación
señal/ruido. Un APD de calidad (de bajo ruido) podría dar una sensibilidad
superior. Las relaciones señal eficaz de portadora/ruido eficaz en señales
analógicas han de estar entre los 30dB y los 65dB.
Si las señales están moduladas en intensidad, el ruido
dominante es el granular (shot) asociado a la corriente media
de la señal, para relaciones portadora/ruido mayores de unos 40dB. En estos
casos la mejor opción son los receptores PIN-FET.
Transmisor Óptico
En general, el transmisor óptico
de un sistema de comunicación por fibra óptica es compuesto por un modulador y
una fuente de luz asociada con suyo circuito driver. Una fuente de información
genera la señal que se desea transmitir y lo envía para ser adaptado para
transmisión en el modulador. La fuente de información, llamada de generador de
señales, define el tipo de información a ser transmitida. Para el caso de una señal digital, la señal
es representada por un conjunto de valores, que en general, en comunicación
óptica, es binarios. En el caso de una señal analógica, generalmente ella es
representada por una combinación de senoides, con varias frecuencias,
amplitudes y fases. La figura 3.1 presenta una representación típica de señales
digitales y señales analógicas.
Características Básicas de los Transmisores Ópticos
Las características más
importantes de un transmisor óptico son la potencia óptica emitida, el espectro
de radiación de la fuente óptica y la forma de onda de la señal óptica en la
salida del transmisor, que depende de la respuesta en frecuencia del
dispositivo. La potencia óptica emitida por el LED es, con una buena
aproximación, proporcional a la corriente inyectada, aunque para altos niveles
de corriente ella satura, debido a efectos térmicos. La radiación emitida por
el LED es incoherente y cubre un amplio espectro de ancho de banda óptico.
Características de transmisión de
los LEDs (a)- curva potencia óptica versus corriente inyectada. (b)Espectro de
emisión. (c)Respuesta en frecuencia.
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