Trasmettitore di comunicazione in fibra ottica

I componenti a semiconduttore comunemente usati come sorgenti luminosi nei sistemi di comunicazione in fibra ottica sono diodi a emissione di luce (LED) o diodi laser. La differenza principale tra il diodo LED e laser è che la luce emessa dal primo è incoerente, mentre il secondo è coerente. I vantaggi dell'utilizzo dei semiconduttori come fonti di luce sono piccole dimensioni, elevata efficienza luminosa, buona affidabilità e capacità di ottimizzare la lunghezza d'onda. Ancora più importante, le fonti di luce a semiconduttore possono essere modulate direttamente in base al funzionamento ad alta frequenza, che è molto adatto alle esigenze dei sistemi di comunicazione in fibra ottica.

I LED emettono una luce incoerente attraverso il principio dell'elettroluminescenza, con uno spettro tipicamente disperso tra 300 e 600 nanometri. Un altro svantaggio del LED è la sua scarsa efficienza luminosa, di solito solo 40-50% della potenza di input può essere convertita in potere ottico, consumando circa 50-60 mw (Milliwatt) di potere. Tuttavia, a causa del basso costo del LED, è comunemente usato in applicazioni a basso prezzo. I materiali principali comunemente usati nella comunicazione ottica per i LED sono l'arsenuro di gallio o il gallio arsenide fosforo (GAASP), con quest'ultimo che emette luce a una lunghezza d'onda di circa 1300 nanometri, che è più adatto alla comunicazione in fibra ottica rispetto al gallio da 810 a 870 nanometri. A causa dell'ampia gamma spettrale di LED, esiste una grave dispersione, che limita anche il prodotto della velocità di trasmissione e della distanza di trasmissione. I LED sono in genere utilizzati nelle reti di area locale (LAN) con velocità di trasmissione che vanno da 10 MB\/s a 100 MB\/s e le distanze di trasmissione sono anche entro pochi chilometri. Al momento, ci sono anche strutture a LED che contengono diversi pozzi quantistici, che consentono ai LED di emettere luce di diverse lunghezze d'onda e coprire un ampio spettro. Questo tipo di LED è ampiamente utilizzato nelle reti multiplexing della divisione di lunghezza d'onda regionale.

La potenza di uscita dei laser a semiconduttore è di solito di circa 100 milliwatt e sono fonti di luce coerenti con direzionalità relativamente forte. L'efficienza di accoppiamento con le fibre a modalità singola può di solito raggiungere il 50%. Lo spettro di uscita ristretto del laser aiuta anche ad aumentare la velocità di trasmissione e ridurre la dispersione modale. I laser a semiconduttore possono anche essere modulati a frequenze operative relativamente elevate a causa del loro tempo di ricombinazione molto breve.

I laser a semiconduttore possono di solito modulare il segnale di stato e di uscita direttamente dallo stato di commutazione direttamente dalla corrente di ingresso, ma per alcune applicazioni con velocità di trasmissione molto elevate o lunghe distanze di trasmissione, la sorgente laser può essere controllata sotto forma di un'onda continua, come l'uso di un modulatore di elettroassorbimento esterno o un modulo di mach zehnder per modulare il segnale opticale. I componenti di modulazione esterna possono ridurre significativamente gli "impulsi di cinguettio" dei laser. Gli impulsi cinguettati possono allargare la larghezza della linea spettrale del laser, portando a una grave dispersione all'interno della fibra.