LISTA OPTICAS (1)

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1. Comente algumas vantagens dos diodos emissores de luz (LEDs). 
 
Os diodos emissores de luz (LEDS) são fontes luminosas mais simples , baratas e confiáveis. 
Por ter um arquitetura mais simples, necessita de circuitos de acionamento meno complexo 
em comparação com os LASERS. Além disso, apresenta um o tempo para ocorrer falhas 
(MTTF) superior ao Laser e exige menor potência óptica de saída. 
 
2. Quais as vantagens dos diodos LASER em relação aos diodos LED, em um sistema de 
 transmissão óptico? 
 
Os diodos LASERS apresentam um espectro de frequência que os LEDS. Dessa forma, 
apresentam uma maior eficiência. Essa eficiência pode chegar até 30% em comparação com 
os LEDS. Além de apresentar uma uma menor dispersão do sinal e menos ruído. 
 
3. Explique o funcionamento da cavidade ressonante de Fabry-Perot. 
A cavidade ressonante é uma das formas de confinamento dos fótons, em uma pequena região 
e também em uma seleção do comprimento de onda, com o intuito de determinar a coerência 
da fonte. Esse tipo de cavidade é constituído por dois espelhos planos semitransparentes, os 
quais encontram-se dispostos ao longo de um eixo comum de forma que suas superfícies 
semi-refletoras sejam paralelas entre si. Um dos expelhos é mantido fixo enquanto o outro 
está montado sobre um suporte móvel. Sendo assim, entre os dois espelhos ha uma fina 
camada de ar onde podem ocorrer as reflexões ( raios BC,CE,EF) devido a incidenciado raio 
A. Pode ocorrer outros outras reflexoes no interior do interferômetro. Todos os raios são 
coletados por uma lente L e direcionados ao seu plano focal (Q), mantendo a diferença de fase 
que possuiam no plano RS. Assim , obtem-se um padrão de interferência de máximos e 
mínimos de intensidade luminosa. 
 
4. Qual a diferença entre os mecanismos de geração de luz em um diodo LED e um 
 LASER? 
A geracao de luz em diodo LED consiste na emissao espontanea , onde ocorre a combinação 
dos eletrons no processo de polarização direta. Por outro lado, a geracao de luz no LASER 
ocorre de forma estimulada. Dessa forma, no LASER a emissão é estimulada 
permanentemente. 
 
5. A que estão associados o aumento e a diminuição da região de depleção? 
A regiao de depleção esta relacionado a polarizacao do diodo. Dessa forma,o aumento da 
regiao da depleção ocorre quando o diodo esta polarizado reversamente. A diminuição da 
zona ocorre quando o diodo é polarizado diretamente. 
 
6. Quais os tipos de fotodetectores existentes? Faça um paralelo ressaltando as vantagens e 
 desvantagens de cada um. 
 
O fotodetector é um dispositivo que transforma a luz em sinal elétrico. Dessa forma, existem 
dois tipos: o fotodiodo P.I.N e o avalanche. O P.I.N é um diodo receptor de luz comum com 
uma junção PN nao dopada ( intrínseca) para manter o campo elétrico contante. Ele possui 
uma boa capacidade de resposta com algumas dezenas de pico segundos e possui alta 
resistência, eficiência e apresenta um perfil dinâmico. Por outro lado, o avalanche gera 
campos elétricos mais fortes e aumenta o ruído captado. Ele apresenta um ganho na conversão 
óptica- elétrica e excelente linearidade em faixa específica. Algumas desvantagens do 
avalanche estão relacionadas a limitação de desempenho devido ao ruído, estrutura mais 
complexa, menor confiabilidade e elevadas tensões de polarização. 
7. Qual a função da grelha de Bragg em um diodo laser monomodal (DFB)? 
O laser DFB (distributed feedback) é o tipo de laser monomodal mais utilizado em 
comunicações ópticas. Este laser é semelhante ao laser de FP, mas possui uma grelha de 
Bragg localizada junto à região ativa a fim de filtrar todos os modos longitudinais 
exceptuando o central. 
 
8. Uma lâmina de arseneto de gálio absorve uma potência de 1 mW que é integralmente 
utilizada na geração de pares elétrons-lacunas. Idealmente, cada fóton absorvido pelo 
material dará origem a um par elétron-lacuna. A banda proibida desse material possui 
uma diferença de energia de 1,43 eV. a) Qual é o comprimento de onda máximo capaz de 
gerar elétrons livres nesse material? b) Para este comprimento de onda, calcule a 
quantidade de pares elétrons-lacunas gerados. 
 
9. O arseneto de gálio é um semicondutor cuja diferença de energia correspondente à 
banda proibida vale 1,43 eV. Calcular o comprimento de onda e a freqüência da luz 
emitida na recombinação do elétron com uma lacuna. 
 
10. Admita que se tenha uma fonte de luz com irradiação Lambertiana acoplada bem perto 
da face de entrada de uma fibra óptica com índice em degrau e abertura numérica igual a 
0,3. Determine a eficiência de acoplamento e a perda de potência no processo. 
 
11. Uma fibra monomodo com núcleo de diâmetro igual a 8 µm é acoplada a uma fonte de 
luz com diâmetro da superfície emissora igual a 25 µm. A fibra possui um núcleo com 
índice de refração igual a 1,55 e casca com 1,52. O índice de refração do semicondutor da 
fonte emissora é igual a 3,6. A fonte é do tipo não-Lambertiana e irradia simetricamente 
em todos os planos longitudinais, com o expoente n = 50. Determine a eficiência de 
acoplamento nesse conjunto. 
 
 
12. Um diodo emissor de luz é polarizado diretamente com uma tensão de 2 V e a corrente 
circulante é de 40 mA. Esse componente possui uma eficiência externa total igual a 1,5%. 
Determine a potência óptica emitida. Admitindo que sua irradiação tenha um formato 
Lambertiano e a superfície emissora seja menor do que o diâmetro do núcleo da fibra, qual 
será a potência acoplada à fibra com abertura numérica igual a 0,3? 
 
13. Qual é a fotocorrente produzida por um fotodetector cuja responsividade é igual a 0,8 
A/W, se o nível de potência luminosa incidente é igual a -40 dBm? 
 
 
14. Para o exercício anterior, calcule a eficiência quântica do dispositivo, se o comprimento 
de onda de operação corresponder à terceira janela de transmissão. 
 
15. Calcule a responsividade de um APD de Si, operando na segunda janela de transmissão, 
tendo uma eficiência quântica de 85% e ganho M = 110. Qual deve ser a potência luminosa 
incidente necessária para que o fotodetector produza uma fotocorrente igual a 20 nA? 
 
16. Se no exercício anterior, a tensão de ruptura do fotodiodo for VBR = 200 V, e o 
parâmetro n = 2, qual deve ser a tensão de polarização para se obter M = 110? 
 
17. Calcule os valores mínimo, máximo e típico do fator de excesso de ruído FM de um 
APD de ganho M = 120. 
 
18. Considere duas fibras multimodo ID, com todos os parâmetros idênticos, exceto pela 
abertura numérica. Uma das fibras possui abertura numérica ANi = 0,4 e a outra possui 
abertura numérica ANo = 0,28. Determine a perda quando a luz é transmitida da fibra de 
abertura numérica maior para a de abertura numérica menor. 
 
19. Calcule a perda por deslocamento lateral entre duas fibras multimodo ID idênticas, de 
diâmetro do núcleo d = 50 µm e espaçamento lateral b = 2 µm. Qual seria a perda por 
deslocamento lateral entre duasfibras IG com as mesmas características? 
 
20. Considere duas fibras ID separadas por uma distância s = 15 µm. Sabendo que estas 
fibras são idênticas e apresentam AN = 0,3, sendo o diâmetro do núcleo d = 62,5 µm, 
calcule a perda devido à separação entre as suas extremidades. 
 
21. Cite três tipos básicos de acopladores. Explique resumidamente suas funções. 
 
22. Um acoplador tem uma perda de excesso de 1 dB e uma razão de divisão de 1:2. 
Calcule as perdas de transmissão e de acoplamento.