El autor expone diversos puntos a considerar a la hora de hacer una adecuada elección de los medios emisores de radiación, como la longitud de onda a transmitir, la posibilidad de fácil modulación de la señal emitida y las características de los pulsos transmitidos. Se analizan los dos principales candidatos como emisores de luz: los láseres basados en el AsGa y los que están basados en el Nd

Martín Pereda, José Antonio

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

T E N D E N C I A S Y PERSPECTIVAS EN LAS COMUNICACIONES 
OPTICAS 
Por: 
J .Antonio Martín Pereda 
Cátedra de Tecnología de F a b r i c a c i ó n . 
E . T . S . I . T e l e c o m u n i c a c i ó n . U . P . M . 
126 
I.- INTRODUCCION 
Según hemos vi sto en 1 as charlas que nos han precedi d o , 
varios son 1 os puntos a considerar a 1 a hora de hacer una adecuada 
elección de 1 os medios emi sores de r a d i a c i ó n . Una primera e s , evi-
dentemente , 1 a longitud de onda a transmi ti r. O t r a , 1 a posibilidad 
de fácil modulación de 1 a señal e m i t i d a . F i n a l m e n t e , las caracte-
rísticas de los pulsos transmitidos, tanto en duración témpora 1 co-
mo en anchura espectral, requieren tambi én un ci erto e s t u d i o . 
Dos son 1 os pri nci pales candidatos como emi sores de luz: 
los láseres basados en el AsGa y 1 os en el N d . Las caracteristicas 
de 1 as fi bras ópticas eliminan casi automáti camente a 1 os otros ti_ 
pos de láser que pudieran resultar mas c ó m o d o s , al menos desde un 
punto de vi sta de faci1idad de t r a b a j o . Y que son 1 á s e r e s , a d e m á s , 
con bastantes mas años de experimentación que a q u e l l o s . Quedan eli_ 
minados así 1áseres como el de R u b í , el de He-Ne y el de A r , que 
a todos resultan mas f a m i l i a r e s . Y que por otra p a r t e , al trabajar 
en la región visible del e s p e c t r o , podrían eliminar peí i gros e i ji 
c o n v e n i e n t e s que el uso de 1 a zona del infrarrojo a c a r r e a , P e r o , 
por el m o m e n t o , 1 os 1 imites están fijados y a el 1 os nos ceñi r e m o s . 
C o m e n c e m o s , en primer l u g a r , analizando brevemente 1 a si>-
tuación actual de los 1áseres de AsGa y de 1 os de Nd. Es un hecho 
el que 1 os primeros se encuentran y a , en un punto en el q u e , aun-
que pueden tener p r o b l e m a s , su faci 1idad de manejo y su comodi dad 
de empleo aventaja con mucho a los de N d . Los de Nd de que se d i £ 
pone en el mercado son 1áseres de gran t a m a ñ o , que manejan altas 
potencias y en los que la modulación de 1 a señal emitida no es fá_ 
c i 1 . Los de A s G a , por el c o n t r a r i o , son de dimensiones muy reduci-
d a s , de potencias de trabajo medias y de modulación muy simple gra^ 
cías a su mecanismo de i n y e c c i ó n . Esta conversión di recta de ener-
gía eléctrica en óptica hace que todos 1 os circuitos electrónieos 
a s o c i a d o s sean mucho mas elementales que en otras situaciones y de 
aquí el interés en su uso. Por el c o n t r a r i o , las propiedades espec 
traI es del 1áser de Neodimio son considerabl emente superiores mer-
ced a 1 a estructura de 1 a 1ínea de 1 a transición entre los niveles 
127 
^ 3 / 2 — ^ 1 1 / 2 1 libre de N d , que se mantiene en el cris-
tal . Su longitud de onda de e m i s i ó n , por otra p a r t e , es tan adecúa 
da o m á s , que la del A s G a , según vimos en las propiedades de las 
fibras. 
Q u e d a , en c o n s e c u e n c i a , como problema básico a resolver 
en el láser de Nd el de su t a m a ñ o . Y 1 a s perspecti vas actuales pa-
recen e s p e r a n z a d o r a s . Veremos aquí al gunas de 1 as tendencias preseni 
tadas en los últimos meses analizándolas con vi stas a su aplicación 
p r á c t i c a . 
A modo de r e s u m e n , en 1 a Tabla adjunta aparecen 1 os requ£ 
sitos necesarios en un transmi sor láser que serian prec i sos en un 
si stema de comunicaciones ópticas de banda a n c h a , comparando 1 o o-
frec i do y lo posi ble en los dos 1áseres que nos p r e o c u p a n . 
II.- C A R A C T E R I S T I C A S DE LOS LASERES DE Nd (Nd :YAG) 
Como hemos vi sto antes varias son las c a r a c t e r í s t i c a s que 
presentan los láseres de N d , y que los hacen trabajar con ventaja 
sobre 1 os de A s G a . E s t a s , d e t a l l a d a m e n t e , son 1 as siguientes: 
a) La longitud de onda de emisión es de l , 0 6 y , que coin-
cide con una región de bajas pérdidas de 1 as fi bras u s ¿ 
d a s . 
b) Esta mayor 1ong i tud de onda de t r a b a j o , 1e da una gran 
ventaja intrínseca sobre 1 os de AsGa (de longitudes de 
onda entre 0,8 y 0,9y) con respecto al mecani smo de pér^ 
d i d a s asoci ado con 1 a dispersión Rayl ei gh , que como sa_ 
bemos presenta una dependenc i a con 1/A^. 
c) Su emi s i ón espectral es mucho mas estrecha que en un 1á 
ser de i nyecc i ó n , por 1 o que se obtendrán una disper-
sión por el material , mucho m e n o r . 
128 
T A B L A 
Requisitos Diodo Láser AsGa Láser miniatura Nd bombea do con un LED. 
1 Potencia de sali^ 
da adecuada. 
2 Longitud de onda 
adecuada con las 
mínimas pérdidas 
de la Fibra. 
3 Larga vida. 
4 Pequeña anchura 
de banda de la 
Línea de Emisión. 
5 Estabilidad en la 
emissión. 
6 Capacidad de modu 
lación directa. 
7 Gran anchura de 
banda en la modula 
ción. 
8 Posibilidad de inte 
gración con otros 
dispositivos. 
9 Alta eficiencia de 
acoplo. 
10 Pequeño consumo de 
potencia. 
11 Economía de produc 
ción. 
12 Pequeño volumen. 
• A 
A » 
o 
o 
• 
© 
• — 
• , 
• A 
© 
e L J 
© Realizado ^ Realizable 
(3) Probablemente mas fácil de realizar con este tipo de láser 
i—o Realizable únicamente con dispositivos auxiliares. 
129 
d) Es relativamente fácil obtener una salida m o n o m o d o . 
e) Con un bombeo por LED se espera tenga una vida r e l a t i 
vamente larga. 
Desde 1964 ex i sten láseres de este tipo trabajando en -
forma c o n t i n u a , a temperatura a m b i e n t e , y con un bombeo por lámp¡J 
ra de halógenos dentro de una cavidad de sección e l í p t i c a . Es bas^ 
tante fácil de obtener una salida m u í t i m o d o de potencia superior 
a los lOw y con un rendimiento de alrededor del 1%. Pero su alto 
consumo y la necesidad de refrigeración por a g u a , hacen de él q u e , 
en estas c o n d i c i o n e s sea impracti cable su uso d i recto en un siste-
ma de c o m u n i c a c i o n e s . 
En 1969 se comenzó a estudiar 1 a posibilidad de m i n i a t u r a 
z a r l e , basándose en el hecho de poder bombearl e mediante un LED que 
emi tiese al rededor de los 8100 A. Los primeros estudios dieron re-
sultados de una salida de 1,4mw habiendo gastado 30w en 1 a exci ta-
c i ón de los L E D s . 
Entre las estructuras e m p l e a d a s , 1 a mas extendida fue 1 a de un LED 
acoplado d i r e c t a m e n t e , a través de una pasta transparente de u n i ó n , 
a un extremo de 1 a barra de N d : Y A G . Las dimensiones de ésta eran de 
5mm x 0,45 mm<¡>, y sus extremos estaban recubiertos por espejos d i £ 
1 e ó t r i c o s . Esta configuración no ha dado 1ugar a 1 o que se espera-
ba de e l l a , esencialmente por la dificultad de un acoplo e f i c i e n t e . 
Una s o l u c i ó n , rec i entemente presentada por Ostermayer , (1) 
es 1 a que puede verse en la F i g u r a . En ella se sigue bombeando por 
un e x t r e m o , pero la diferencia es de que se hace por ref1exi ón de 
1 a 1uz emi ti da por el LED sobre una semi esfera de vidrio recubi er-
ta i nternamente de una meta 1 i zaci ón de o r o , Ambos elementos , LED y 
vari 11 a de N d : Y A G , se encuentran muy próximos al centro de dicha es^ 
fera. Los extremos del láser se recubren de una cubi erta tal que 
posea muy al ta reflectividad para "1,06y y una transmi sión superior 
al 90% para 8050 K (1 ongi tud de onda de emi sión del 1 áser) . Con es 
te m o n t a j e , a p r o x i m a d a m e n t e un 56% de 1 a potenci a emi ti da por el -
130 
LED es absorbida por el l á s e r , obten i endose a 1 final un rendimier^ 
to del 0 , 0 7 % . Con una corri ente de unos 250mA en el L E D , la sali-
da del láser fue de 0,25 m W . (muítimodo) 
Como puede apreci arse aún fal ta bastante para consegui r un 
resultado a c e p t a b l e . 
Otra solución que creo puede ser base de futuros desarro-
11 o s , es 1 a presentada por G . W i n z e r , et a 1. (2) En e l l a , una de 
las formas de 1 aseado que utiliza es radicalmente diferente a la 
de los 1áseres convencional es. Es 1 a que suele denominarse para 
láser de película delgada y que puede verse en 1 a Figura correspon^ 
d i e n t e . En ella el láser está constituido por 1 a colocación de un 
"espejo" de peíícu1 a delgada en cada uno de 1 os extremos de una -
g u i a - o n d a . Estos "espejos" no son sino redes de di fracción reflec-
t a n t e s , real izadas sobre el s u b s t r a t o , y sobre 1 os que se deposi-
tó 1 a p e l í c u l a . Una red de unas 500 l í n e a s , en una anchura de al -
rededor de 0 , l m m , es capaz de reflejar virtualmente toda 1 a 1uz, 
con. lo que si el material de 1 a película es el a d e c u a d o , podrá aj^ 
canzarse 1 a acción láser. Hasta 1974 el uso de estos 1áseres fue 
muy escaso debido al material empleado: el poliuretano dopado con 
rodami na 6G. Su v i d a , como 1 á s e r , no alcanzaba a 1 as seis h o r a s , 
G . Winzer et a l . , en su trabajo depositaron di ferentes tipos de p ¿ 
1 ícul a s , de P g O ^ N d , de P 5 0 1 4 N d Q 5 Y Q 5 y de YAG: Nd. La primera pre 
senta 1 a ventaja de una gariancia óptica seis veces mayor que para 
1 a s e g u n d a , mi entras que ésta tienen 1 a de no sufrir deformac i ones 
al cambiar de estructura cri stali na. La tercera ya nos es f a m i l i a r . 
En todas estas s i t u a c i o n e s , el bombeo se hace di rectamente sobre 
la superficie de 1 a peíícula por una bateria de L E D 1 s que permi-
ten alcanzar el nivel de potenci a requerido. En el caso del Nd: YAG, 
1 a intensidad requerida e s , con mucho 1 a menor de todos 1 os otros 
m a t e r i a l e s de Nd (unos 15W/mm ). 
Evidentemente 1 a situación no es todavía 1 a que puede ser. 
vir de antesala a una rápida aplicación práctica. Falta consegui r 
que la radiación de salida del láser sea modulada y que sea intro-
131 
c i da de forma adecuada a un medio t r a n s m i s o r . Ya sabemos que con 
un láser de Nd esto no es conseguible de manera automática como 
ocurre con los de A s G a . Es necesario un modulador p o s t e r i o r . Pro 
c e d e , en consecuencias hacer un pequeño repaso de los tipos posi_ 
bles de m o d u l a d o r e s . 
III.- M O D U L A D O R E S OPTICOS Y EFECTOS FISICOS EMPLEADOS 
Como ya es s a b i d o , tres son los grupos en los cuales p u ¿ 
den englobarse todos los m o d u l a d o r e s empleados: e l e c t r o - ó p t i c o s , 
a c u s t o - ó p t i c o s y m a g n e t o - ó p t i c o s . Los primeros engloban efectos -
que cambian el Índice de r e f r a c c i ó n , la absorción del material o 
1 a dispersión de 1 a luz en su paso por é s t e . Esenci almente 1 os mas 
empleados son los que cambi an el i nd i ce de refracción aprovechando 
efectos como el Pockels o el Kerr cuya descripción no es éste su 
lugar. 
Los m o d u l a d o r e s acusto-ópti eos son , básicamente , modula-
dores del índice de refracción de un materi al , originándose el -
cambio por tensiones m e c á n i c a s provocadas por el paso de una se-
ñal a c ú s t i c a . La potencia de este ti po necesaria alcanza órdenes 
2 
de 100 wat/cm que pueden s e r , a v e c e s , algo altos para las api i_ 
caciones que aquí vemos. 
Con respecto a 1 os m a g n e t o - ó p t i c o s es solo el efecto Fa-
raday el e m p l e a d o . Ello lleva consigo el uso de radi aciones l i n e a l 
mente polarizadas 1 o cual no es fáci1 de obtener en 1 os 1áseres de 
Nd ti po miniatura como el que hemos estudi ado. De hecho muy pocas 
han sido 1 as aplicaciones concretas r e a l i z a d a s . 
Desde un punto de vista puramente estructural , pueden eji 
contrarse asimi smo divididos en dos grandes bloques los m o d u l a d o r e s 
ópticos: en moduladores de volumen y de g u i a - o n d a . Si 1 o que esta-
mos tratando de con seg u i r es una a d a p t a c i ó n , 1 o mas perfecta po'si_ 
b l e , entre un láser de Nd (a ser posible m i n i a t u r a ) y una fi bra ÓJD 
1 32 
tica, parece lógico el que nuestro modulador sea también muy re-
ducido. A fi n de obtener una completa integración de todos 1 os 
c o m p o n e n t e s , 1 a solución más plausible parece la centrada en t O £ 
no a los m o d u l a d o r e s ópticos en g u i a - o n d a . De los hablaremos bre 
vemente. 
En él momento actual casi todos los trabajos realizados 
han tenido como centro a los m o d u l a d o r e s , desde un punto de vis-
ta a i s l a d o . La u n i ó n , sobre el mismo s u b s t r a t o , con el l á s e r , aún 
no se ha realizado con plena efect i vi d a d . D e b l ' d o a e l l o , en los aná 
lisis que pueden verse en la literatura (3)-(4) aparece como pun-
to i m p o r t a n t e , en primer l u g a r , el del acoplo de 1 a 1uz al i nte-
rior de 1 a g u i a - o n d a . Una de las formas de realizarlo es 1 a que 
aparece en 1 a F i g u r a , donde puede verse que tanto 1 a introducción 
como 1 a e x t r a c c i ó n , se real izan gracias a un pri siria» Puede verse un 
hecho fundamental que separa este caso de 1 a conducción de 1 uz por 
un simple cristal: aquí ésta p a s a , ú n i c a m e n t e , por una pequeña re-
gión del c i rcu i to. Y para que esto ocurra 1 os Índices de refrac-
c i ón de 1 os med ios que rodean a 1 a guia han de ser perfectamente 
e s t u d i a d o s . Con ello 1 os ángulos a y b de ref1exión t o t a l , en 1 a 
f i g u r a , son críticos y diferentes entre si. E v i d e n t e m e n t e , di fe-
rentes ángulos de incidencia podrán crear diferentes modos en 1 a 
g u i a , por 1 o que la introducción de un único rayo puede ser de coji 
siderable i m p o r t a n c i a . 
Exi sten varias otras formas de a c o p l o , como por red de di_ 
fracc i Ó n , pero no conviene detal1arlas ya que nos separari amos del 
tema. 
Volviendo al tema de los m o d u l a d o r e s vamos a centrarnos 
en uno de ellos: el m a g n e t o - ó p t i c o . Y ésto no por su importancia 
s i no simplemente por introducir uno que e s , q u i z á s , el mas deseo 
n o c i d o . Su fundamento aparece en 1 a Figura. El di spositivo está 
compuesto por un disco de un granate de h i e r r o , m a g n e t i z a d o , so-
bre un substrato de otro g r a n a t e . En íntimo contacto con la peíí-
c u , a «Parece un circuito eléctrico sobre el que actúa la señal 
133 
modu1 a d o r a . Si un haz de radiación infrarrojas polarizada 1 i neal 
m e n t e , se introduce por la izquierda de acuerdo a si hay o no s£ 
Ral en el c i r c u i t o , pasará a tener una polarización perpendicular 
0 igual a la de e n t r a d a . Si el prisma de salida es birrefringente 
podremos tener dos haces con la correspondiente i n f o r m a c i ó n . Velo^ 
o 
cidades del orden de 3 x 10 Me/s se han llegado a obtener con es^ 
te d i s p o s i t i v o . 
Queda a s í , como circuito completo el que puede apreciar-
se en la f i g u r a . En ella a p a r e c e n , por el momento t e ó r i c a m e n t e , 
integrados todos los componentes que podrían dar lugar a un emisor 
para comunicaciones ó p t i c a s . La real idad o no de este di sposf.ti vo 
1 a veremos en 1 os años v e n i d e r o s . 
IV.- BIBLIOGRAFIA 
1.- F.W. O S T E R M A V E R , Jr: "LED End-Pumped Nd : YAG Lasers" 
. IEEE J . Q . E . Jan. 77 1-6 
2.- G . WINZER et al.: "Miniature Neodymium Lasers (MNL) as Possj_ 
ble Transmi tters for Fi ber-Opti es Commun i cat i on Systems" 
Siemens Forsch Bd. 5 (1976) 287-302 
3.- "INTEGRATED OPTICS" : ed. D. M a r c u s e . IEEE P r e s s . 1973 
4.- "INTEGRATED OPTICS" : ed. T. T a m i r . Springer-Verlag 1975 
134 
ACOPLO DE LA RADIACION DE UN LED 
LASER DE PELICULA FINA 
LASER DE PELICULA FINA SEGUIDO DE UN MODULADOR ELECTRO-
OPTICO Y ACOPLADO EL CONJUNTO A UNA FIBRA OPTICA. 
1. Láser. 2. Modulador 3. Fibra de salida 
4. Substrato común 5. Láser de película fina 
6. Espejos terminales 7. Sistema de bombeo por LEDs 
8. Guia de onda electrooptica 9. Electrodos modulador 
10. Cemento de unión. 
135 
y n i , ' 1 ¡ r ^ 
PENETRACION DE DIFERENTES MODOS 
ACOPLO ENTRE DIFERENTES ESPESORES 
136 
FORMA DE TRABAJO DE UN MODULADOR MAGNETO-OPTICO 
a . Sin campo magnético externo 
b . Con campo magnético externo 
CIRCUITO OPTICO COMPLETAMENTE INTEGRADO 
i.~ Película soporte 
3.- Prisma 
5.-•Polarizador 
7.- Substrato 
2„- Láser 
4.- Modulador 
6.- Acoplador de prima 
8»- C . I . electrónico 


Tendencias y perspectivas en las comunicaciones ópticas

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