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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.
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