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  27/09/2016 teleco.com.br http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfsoeab1/pagina_4.asp 1/7 Seção: Tutoriais   FSO I: Técnicas de Transmissão   Introdução  Nesta seção apresenta-se o transmissor de um sistema FSO, o seu funcionamento e seus elementosmais importantes. O transmissor deverá prover um sinal óptico modulado adequado a cada sistema.Para a tecnologia FSO deve incluir recursos que permitam enviar um feixe com elevada coerênciaespacial para o ambiente aberto. A figura 11 mostra o seu diagrama em blocos, onde se identificam afonte óptica, o circuito capaz de modular a luz emitida e uma lente, que modifica a seção reta do feixe. Aexpansão tem como finalidade reduzir a possibilidade de obstrução do feixe por objetos contido naatmosfera, como pássaros e insetos. Procura também minimizar o efeito de redirecionamento do feixecausado pela turbulência, ou seja, quando o feixe atravessa bolsas de ar quente que possuem áreamaior que o diâmetro do feixe acontece o desalinhamento, provocando a perda de visada direta entre ostransceptores [1] e [10].  Figura 11: Diagrama em blocos do transmissor para um sistema FSO   Fontes ópticas e características mais importantes   As fontes ópticas usuais  Existem diferentes tipos de fontes de luz para a transmissão óptica, como os diodos emissores de luz(LED), baseado na emissão espontânea, e de diodo laser (LD), baseado na emissão estimulada deirradiação. A escolha da fonte de luz depende do nível de potência necessário, da largura espectralexigida, da rapidez de resposta à excitação, etc.. Como a atmosfera impõe perdas severas ao feixeóptico, o diodo laser é mais utilizado nos sistemas FSO, pois a potência óptica da emissão estimulada émuitas vezes superior à da emissão espontânea dos LEDs. Além disto, apresenta largura espectral bempequena, que reduz a dispersão temporal do feixe óptico, facilitando a modulação com alta taxa de bits[9].  Diodo Laser    Funcionamento  O mecanismo de interação dos elétrons com os fótons nesse dispositivo é denominado emissãoestimulada, ou seja, um fóton perturba um elétron em um estado superior de energia provocando arecombinação com a lacuna em um nível inferior. Isto só é possível em material com banda proibidadireta e com grande quantidade de elétrons na banda de condução, geralmente uma condição deinstabilidade. A perturbação provocada pelo fóton é suficiente para causar a transferência desseselétrons para a banda de valência. A diferença de energia entre as duas faixas é emitida na forma deirradiação eletromagnética. Para a emissão ser eficiente, é necessário que grande quantidade deelétrons estejam na banda de condução e grande quantidade de lacunas na banda de valência. Estasituação é conhecida como inversão de população [10] e [9].  A emissão estimulada e a inversão de população são conseguidas pela corrente direta injetada na junção acima de um valor mínimo conhecido como corrente de limiar. Uma das formas de conseguir oconfinamento dos fótons em uma pequena região e também uma seleção do comprimento de onda,para determinar a coerência da fonte, é a utilização de uma cavidade ressonante constituída por umespelho e um semi-espelho nas extremidades do diodo. Essa cavidade foi adaptada a partir dointerferômetro de Fabry-Perot e consiste em duas superfícies espelhadas paralelas muito extensas,separadas de uma distância d, como mostra a figura 12 [10]. PortuguêsEnglishEspañol Home Comentários Em Debate Tutoriais Imprensa RH Guia de Sites Calendário Quem Somos  Glossário Digite a palavra   OK  News  Cadastre seu email OK  27/09/2016 teleco.com.br http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfsoeab1/pagina_4.asp 2/7 Figura 12: Estrutura básica de uma cavidade ressonante de Fabry-Perot [10]  Quando o elétron cai do nível superior ele perde energia, gerando fóton com energia igual a h.f  1 , onde h é a constante de plank e f  1  é determinada pela diferença de energia entre as bandas de condução e devalência do material. Quanto maior for à diferença de energia entre as duas camadas maior será aenergia que o elétron perdeu e maior será frequência do fóton. Considerando a geração de certaquantidade de fótons, uma parte deles será transmitido e outra será refletida. Os fótons refletidosprovocarão nova perturbação que fará novos elétrons caírem para a banda de valência do material,gerando novos fótons. De novo, alguns irão para o meio externo e outros serão refletidos, com energiamaior da que a anterior. Este processo repete-se, aumentando a potência óptica até alcançar um valor de saturação, que determina a potência fornecida pelo laser nas condições de bombeamentoespecificadas [10]. Para que o processo seja mantido indefinidamente, o bombeamento de energia para o interior dodispositivo deve ser tal que sejam compensadas todas as perdas introduzidas ao longo da trajetória.Demonstra-se que nas múltiplas trajetórias dos feixes ópticos, sua amplitude sofre uma atenuação pelasperdas no meio e pela energia transferida externamente. O valor desta perda depende de umcoeficiente de absorção . Simultaneamente, o processo de bombeamento implica em umacompensação nos diferentes mecanismos de perda de potência. Esta compensação depende de umcoeficiente de ganho (g) que depende da energia bombeada. Para se garantir a continuidade doprocesso e geração permanente de luz, este coeficiente deve apresentar um valor mínimo determinadopor [10]: (3.1) Nesta equação, R  1  e R  2   são os coeficientes de reflexão nos espelhos nas extremidades da região ativado laser e d   à distância entre esses espelhos [10]. Por isso que enquanto o diodo laser estiver operandocom baixa corrente seu funcionamento será idêntico ao LED. Quando aplicado bombeamento igual ousuperior ao necessário para compensar todas as perdas, sua potência cresce rapidamente de acordocom a figura 13 [1] e [10].  Figura 13: Potência óptica emitida em função da corrente de polarização em um diodolaser  A estrutura mais simples do diodo laser é a de homo junção p-n. Em suas faces são formados doisespelhos pelo processo de clivagem dos cristais, estabelecendo-se a reflexão pela diferença dos índicesde refração entre o semicondutor e o ar. Nessa estrutura, o espectro será composto por vários modosde oscilação com o seu respectivo comprimento de onda. Este desempenho justifica a denominação delaser multímodo. A figura 14 mostra a estrutura básica de um diodo laser construída com uma homo junção p-n. Figura 14: Estrutura básica de um diodo laser construído com uma homo junção p-n    27/09/2016 teleco.com.br http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfsoeab1/pagina_4.asp 3/7 Em algumas tecnologias de fabricação, para se conseguir maior potência de saída e menor larguraespectral, utilizam-se diodos lasers com heterojunções, ou seja, diodos com junções de materiaisdiferentes, como arseneto de gálio tipo p (GaAs p), arseneto de gálio alumínio (GaALAs), etc.. Nessaestrutura, o espectro será composto por um modo principal e os modos indesejáveis são atenuados, justificando a denominação de laser monomodo. A figura 15 mostra a estrutura básica de um diodo laser construída com heterojunção dupla e faixa de contato.  Figura 15: Vista em corte transversal de um diodo laser com heterojunção   Características dos Lasers  São características dos Lasers: Comprimento de onda. Existe a disponibilidade de lasers de baixo custo para sistemas FSOcomerciais operando na região de infravermelha do espectro eletromagnético. Dependendo daaplicação, esses sistemas podem operar em taxas de até 2,5Gbit/s. Entretanto, a rápida demandapor largura de banda, principalmente telecomunicações, tem impulsionado a operação dessessistemas na janela de 1.550nm. Nesta parte do espectro, consegue-se níveis de potência ópticade lasers são mais elevados e há possibilidade de emprego de amplificadores ópticos a fibradopada com érbio, permitindo transmissões de longa distância. Potência, como a atmosfera impõe perdas severas ao feixe óptico, o diodo laser é mais utilizadonos sistemas FSO, pois a potência óptica resultante da emissão estimulada é muitas vezessuperior à da emissão espontânea dos LEDs. Enquanto os LEDs fornecem potências de saída de1μW a 200μW, os diodos lasers fornecem valores de 500μW a 20mW. Largura espectral, os lasers tipo monomodo geram feixe óptico com largura espectral atéinferiores a 0,01nm,aproximando-se de uma fonte de luz perfeita. Como f = c/λ  e df/dλ = -c/λ 2  ,temos que  Δf = (c/λ 2   ) * Δλ . Portanto, para esta largura espectral resulta em largura espectral de1,25 GHz, ou seja, embora esta largura seja muito pequena ele esta irradiando na frequênciacentral e em torno dela um sinal que esta ocupando esta faixa. Então, isso trará dispersão quelimitará a taxa de bits a 3 Gbit/s. A figura 16 mostra o espectro típico da luz emitida por um diodolaser em operação monomodo. Figura 16: Espectro típico da luz emitida por um diodo laser em operação monomodo   Diodos Emissores de Luz (LED)   Funcionamento  Um LED é construído com a união de cristais semicondutores, esses semicondutores alteram comfacilidade a potência óptica emitida ao variar a corrente que circula por eles, permitindo a modulaçãodireta do feixe de luz e a resposta é suficientemente rápida para se transmitir a uma taxa de modulaçãomuito alta [10]. O mecanismo de interação de elétrons com fótons nesse dispositivo é denominado emissão espontânea,ou seja, quando existirem elétrons livres na banda de condução, esses poderão retornar à banda devalência, quando o elétron cai para a banda de valência acontece a liberação da correspondentediferença de energia na forma de uma onda eletromagnética [10]. A figura 17 mostra esse efeito.  27/09/2016 teleco.com.br http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfsoeab1/pagina_4.asp 4/7 Figura 17: Modelo da emissão espontânea [2]  O comprimento de onda emitido durante este processo depende da energia que foi perdida no processo,como podemos ver na equação 3.2 [1]. (3.2) Em que h  é a constante de Planck, c   é a velocidade da luz e  λ  é o comprimento de onda. Para utilizar aforma do último membro desta equação, a energia tem de ser dada em elétron-volt e o comprimento deonda em micrometros. Um elétron-volt equivale a 1,602 x 10 -19  Joules. Os LEDs como fonte de transmissão apresentam vantagens como baixo custo e um tempo de vida longo[1].  Características do LED  São características dos LEDs: Comprimento de onda,  dependendo do material que formam a sua estrutura será possível fazer o LED operar em diferente faixa de comprimento de onda, principalmente entre 670 e 900nm. Potência,  devido a sua baixa potência os LEDs são usados para aplicação de curta distância, suapotência óptica de saída pode variar de 1μW a 200μW. Este dispositivo é muito usado emaplicação domestica como em controle remoto de televisão. Largura espectral, quando comparado com a largura espectral gerado pelo diodo laser, os LEDSapresentam maior largura como mostrado na figura 18, apresentando maior dispersão econsequentemente menor facilidade de modulação, limitando a taxa de dados a 155Mbit/s.   Figura 18: Espectro típico da luz emitida por um LED   Amplificadores Ópticos   Desenvolvimento dos modelos  Os primeiros repetidores para a comunicação óptica empregavam interfaces eletrônicas, cujos principaisobjetivos são as recuperações da amplitude e da forma dos sinais transmitidos. Essas interfaceseletrônicas, conhecidas como repetidores-regeneradores, convertem o sinal óptico em elétrico, próximada mensagem enviada pelo transmissor. O sinal é processado em circuitos eletrônicos capazes derecuperar o seu formato e sua amplitude até o nível conveniente. O sinal restaurado é utilizado paramodular novamente uma fonte de luz, enviando para um novo lance [10] e [14]. Os repetidores-regeneradores aplicados a altas taxas de transmissão apresentam custo muito alto,provocam distorções no sinal de modulação, além de apresentarem rápida degradação doscomponentes eletrônicos envolvidos, em função do uso prolongado, de variações na temperatura, etc.. Com os objetivos de aumentar a vida útil, processar diversos comprimentos de onda, diminuir a figura deruído e construir enlaces de maiores distâncias, foram desenvolvidos diversos modelos amplificadorespara substituírem os repetidores. Alguns deles empregam fibras dopadas com determinadas terrasraras, como o érbio e o praseodímio, capazes de amplificar nas janelas de 1,55um e 1,3um. Outros sebaseiam em efeitos não-lineares e espalhamentos estimulados na fibra, como os amplificadores deRaman e de Brilouin. Nos sistemas FSO com operação em 1,55 µm, utiliza-se o amplificador a fibradopada com érbio (EDFA) [10] e [14].  Amplificadores de Raman  
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