Este archivo contiene las notas de clase del curso de optoelectrónica.

1. Corporación Universitaria Autónoma del Cauca
Sonia Maritza Henao Duque
Ingeniera Física – Universidad del Cauca
Especialista en Electromedicina y en Gestión Tecnológica
Hospitalaria – Universidad Autónoma de Occidente – Santiago de
Cali.

2.  El objetivo del curso es adquirir los conceptos básicos y
principios de funcionamiento de los dispositivos
semiconductores en Optoelectrónica, principalmente los
dispositivos que realizan la generación (diodos emisores
de luz, diodos láseres semiconductores) y detección
(fotorresistencias, fotodiodos, fototransistores etc.) de
luz, así como también, los circuitos electrónicos
asociados a los dispositivos opto electrónicos definidos
anteriormente.

3. SENSORES OPTOELECTRONICOS
Fotodiodos
Fotorresistencias
Fototransistores
Fototiristores
Fotoceldas
Diodos Emisores de Luz
Displays
Celdas Solares
Detectores de Infrarrojos
Detectores de Ultravioleta

4. Comparación de Fotodetectores
Otros fotodetectores
Combinaciones Fuente – Detector
Sensores de imagen – características de los comerciales actualmente.
Dispositivos de óptica integrada - filtros ópticos analizadores de espectro
óptico - Otros sistemas ópticos - Espectrofotometría y Espectrofluorimetría
NOTA: Para todos los sensores se establecerá principio físico de
operación– Curvas características – Aplicaciones – Criterios de Selección
y especificaciones técnicas de los sensores más utilizados en la actualidad.
SENSORES OPTOELECTRONICOS

6. LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN

16. Tomado de INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SAN LUSI POTOSÍ ING. ALFONSO PEREZ GARCIA. Página 107

17.  Las propiedades eléctricas de los semiconductores se alteran
dramáticamente tras la absorción de fotones.

18. Tipo N Tipo P

19. Semiconductor cuya conductividad eléctrica aumenta con la llegada
de fotones y que sirve para medir ese flujo. Si se coloca en un
circuito eléctrico, la corriente eléctrica aumenta proporcionalmente
al flujo detectado de fotones.

21.  Los fotoconductores resistivos tienen coeficientes de temperatura
que varían considerablemente con el nivel de la luz y con el
material.
 Los fotorresistores tienen un efecto de memoria a la luz; es decir,
su resistencia específica depende de la intensidad y duración de
una exposición previa y al tiempo transcurrido desde una
exposición anterior.

22.  Resistencia de oscuridad, valor de la resistencia después de 20
segundos. En la oscuridad (104≤ RD ≤ 109Ω).
 La disipación máxima, (50 mW – 1W).
 Resistencia de iluminación(100 Lux), (10≤ RI ≤ 5x103Ω).
 Voltaje Máximo, (600V).
 Respuesta Espectral.
 Tiempo de respuesta, ( su principal desventaja).

23.  Alta sensibilidad (debido a la gran superficie).
 Fácil empleo.
 Bajo costo.
 Alta relación resistencia luz-oscuridad.

24.  Efectos de histéresis.
 Estabilidad por temperatura baja para los materiales más rápidos.
 Respuesta lenta en materiales estables.
 Falta de linealidad entre resistencia e iluminación.

25.  Las fotoceldas son dispositivos de película delgada que se fabrican
depositando una capa de material fotoconductivo sobre un
substrato cerámico. Estas películas delgadas de material
fotoconductivo tienen una alta resistencia de hoja. Por lo tanto el
espacio entre estos dos contactos se hace delgado para una celda
de baja resistencia con niveles de luz moderados.
SenSan
PreSenCia
o
auSenCia
De Luz

26.  Costo mas bajo disponible
 Rango dinámico amplio, cambios de resistencia de varios ordenes
de magnitud entre luz y no-luz.
 Baja distorsión de ruido.
 Voltajes máximos de operación de 5 a 400 volts aptos para operar
en 120/240 volts de AC.
 Fácil de usar en circuitos de DC o AC-son resistencias variables
con la luz y por consiguiente simétricas con referencia a las formas
de onda de AC.
 Se pueden usar con la mayoría de las fuentes de IR tales como
LEDS, neones, lámparas fluorescentes e incandescentes,
lasers, flamas, luz solar, etc.
 Disponibles en una amplia gama de valores de resistencia.

27. Control de exposición en cámaras.
Maquinas fotocopiadoras.
Equipo de prueba de colorimetría, Densímetro.
Basculas electrónicas .
Control automático de ganancias, fuente de luz modulada.
Luces frontales superiores automáticas.
Control de luces nocturnas
Sensado de apagado de flama en quemadores
Control de luces publicas
Ausencia/Presencia (interruptor de haz)
Sensor de posición
Control de luz nocturna
Control de luces publicas
Aplicaciones de interferencia de haz
Sistemas de seguridad

28. Que clase de rendimiento se requiere de la celda.
????
Que clase de ambiente debe soportar la celda.

29. Sensitividad.
La sensitividad de un foto detector es
la relación entre la caída de luz en el
dispositivo y la señal de salida
resultante.
Relación entre la luz incidente y la
resistencia correspondiente de la
celda.
FOTOCELDA

30. 
http://optoelectronics.perkinelmer.com/
La iluminación esta expresada en unidades
de pie candela y luxes. La fuente de luz
es una lámpara incandescente. Esta
lámpara es especial solamente en su
composición espectral de la luz que
genera, y se equipara la de un cuerpo
negro a una temperatura color de 2850 ° K.
Este tipo de fuente de luz es un estándar
industrial

31. Al paso de los años Perkin Elmer ha
desarrollado diferentes “tipos” de
materiales semiconductores, a través de
modificaciones hechas a la composición
química del detector. Para un material
dado de foto conductor, a una iluminación
dada, la película foto conductiva tendrá
una cierta resistencia de hoja. La
resistencia de una foto celda a este nivel
de luz esta determinada por la geometría
del electrodo.
Tomado de Página 52 de 238 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SAN LUSI
POTOSÍ ING. ALFONSO PEREZ GARCIA – CURSO OPTOELECTRONICA

32.  Así como el ojo humano, la longitud de onda relativa de la celda
fotoconductiva es dependiente de la longitud de onda (color) de la
luz incidente. Cada tipo de material fotoconductor tiene su propia
curva de respuesta longitud de onda de respuesta relativa de la foto
celda “vs” la longitud de onda de la luz.
Las curvas de respuesta se proporcionan
en los datos del fabricante y varían
dependiendo el material.

33.  Las graficas de resistencia de las fotoceldas versus la intensidad de
luz, dan como resultado una serie de curvas con pendientes
características diferentes

34. La sensitividad de una foto celda esta definida como su resistencia
a un nivel definido de iluminación.
RESISTENCIA DE OSCURIDAD.
Es la resistencia de la celda bajo condiciones de cero iluminación
La resistencia de oscuridad determina cual
es la máxima corriente de fuga que puede
ser esperada cuando se aplica un
determinado voltaje a través de la celda.
Una corriente de fuga muy alta podría
producir falsos disparos en algunas
aplicaciones.

35. La resistencia de oscuridad se define como la mínima resistencia
que puede ser esperada 5 segundos después de que a la celda se
le quito una fuente de luz de una intensidad de 2 pies candela. Los
valores típicos de resistencia de oscuridad tienden a estar en el
orden de 500k ohm a 20Mohm.

36.  Cada tipo de material foto conductivo tiene su propia característica
de temperatura versus resistencia, además los coeficientes de
temperatura de los fotoconductores son también dependientes del
nivel de luz en el que las celdas están operando
De las curvas de los diferentes materiales es
aparente que el coeficiente de temperatura
es una función inversa del nivel de luz

37.  La velocidad de respuesta es la medida de la velocidad a la cual la
foto celda responde a un cambio. de luz a oscuridad
HISTERESIS
 Todas las celdas fotoconductivas presentan un fenómeno conocido
como histéresis, memoria de luz o efecto de historial de luz.
Definido simplemente, una foto celda tiende a recordar su condición
mas reciente de almacenaje (oscura o iluminada) y su conductancia
instantánea es función de su condición previa. La magnitud del
efecto “memoria” depende del nuevo nivel de luz y del tiempo
en este nuevo nivel, este efecto es reversible.

38.  Historial de luz infinita (RLH).
 Historial de oscuridad infinita(RHD).

39.  La química de los materiales foto conductivos dicta un rango de
operación y almacenaje de 40 ° C a 75 ° C.
VOLTAJE MÁXIMO DE LA CELDA.
En ningún momento el voltaje máximo de la celda debe ser
excedido, el diseñador deberá determinar el voltaje pico máximo
que la celda experimentará el circuito y escogerá la celda
apropiada. Los voltajes típicos van de los 100 a los 300 volts.

40. Medida de luz de poca precisión y económica,
control de alarma y de relés.

42.  Los Fotodiodos son dispositivos basados en la unión de dos zonas
de un mismo semiconductor con dopado inverso: unión p-n.

43.  Los fotodiodos generan una corriente o voltaje al ser iluminados.
 CARACTERISTICAS
 Excelente linealidad
 Bajo ruido
 Respuesta espectral amplia.

44.  Efecto fotoemisivo: La fotoemisión es el proceso físico en el que
un fotón es capaz de arrancar un electrón (fotoelectrón) del material
que lo absorbe.
La emisión del electrón depende
de la naturaleza del fotocátodo y
de la energía del fotón incidente.
La energía del fotoelectrón
depende de la energía del fotón
incidente.
-El número de fotoelectrones
depende de la irradiancia:número
de fotones incidentes.

46.  Un fotodiodo tiene dos terminales, un cátodo y un ánodo. Tiene una
baja resistencia en directa (ánodo positivo) y una resistencia alta en
inversa (ánodo negativo).

47.  La medida de la sensibilidad es el cociente de la energía radiante
incidente sobre el fotodiodo y la corriente de salida del fotodiodo en
amperes. Se expresa como una sensibilidad absoluta en amperes
por watt (A/W).
 Curva típica de sensibilidad que muestra A/W como función de
la longitud de onda

48.  La longitud de onda de radiación a ser detectada es un parámetro
importante. Como se pudo ver de la grafica, el silicio llega a ser
transparente para longitudes de onda mayores que 1100 nm. Por lo
tanto no es apto para usarse con longitudes de onda mas allá de
ésta. La luz ultravioleta por el contrario se absorte en los primeros
100 nm del grosor del silicio. Aun la preparación más cuidadosa de
la superficie deja algunos daños, lo cual reduce la eficiencia de
recolección para esta longitud de onda (λ). Además otras capas en
la superficie afectan la respuesta espectral del dispositivo. Es
normal aplicar capas antireflejantes, las cuales amplían la
respuesta hasta en un 25% en la λ requerida.

49.  La salida del fotodiodo cuando esta polarizado inversamente es
extremadamente lineal con respecto a la iluminación aplicada a la
unión del fotodiodo.

50.  La capacidad de los fotodiodos para convertir energía luminosa en
energía eléctrica, se expresa como un porcentaje, este es la
eficiencia Cuántica.
Nota: Operando bajo condiciones ideales
de reflectancia, estructura cristalina y
resistencia interna, un fotodiodo de silicio
de alta calidad de diseño optimo debería
de ser capaz de aproximarse a una QE de
80%

55. El incremento en la temperatura de operación del fotodiodo resulta
en dos cambios de las características de operación.
Corrimiento de la eficiencia cuántica

56.  Incremento exponencial en la excitación térmica

57.  El diseñador necesita saber la luz mínima detectable del fotodiodo
Nota: El ruido generado por un fotodiodo,
que opera en polarización inversa, es una
combinación del ruido de disparo, debido a
la corriente de fuga de oscuridad y el ruido
Johnson producido por la resistencia shunt
del dispositivo y la temperatura ambiente.

58. RUIDO JHONSON
Nota: El ruido de disparo es el
componente dominante de la corriente de
ruido de un fotodiodo polarizado
inversamente.

59.  Esta es la medida de la velocidad de respuesta del fotodiodo a una
señal impulso de entrada de luz. Es el tiempo requerido para que el
nivel de salida se incremente de un 10% a un 90% del valor final de
salida.
Voltaje inverso máximo (Vr)
Cualquier voltaje inverso aplicado deberá de mantenerse por abajo
del voltaje máximo especificado (Vr max).

60.  El tiempo de respuesta del fotodiodo es la suma de la raíz
cuadrática media del tiempo de recolección de carga y la constante
de tiempo RC que surge de la resistencia serie de la carga y la
unión y las capacitancias parásitas. El tiempo de recolección de
carga es dependiente del voltaje y esta hecho de un componente
rápido y uno lento.
Respuesta de un fotodiodo a un pulso cuadrado de radiación

61.  Los fotodiodos poseen considerablemente mejor respuesta en
frecuencia, linealidad, respuesta espectral, y menor ruido. Entre las
desventajas del fotodiodo se incluyen: área activa pequeña, un
aumento rápido de la corriente oscura con la temperatura, tensión
offset y necesidad de amplificación para radiaciones de baja
potencia.

63.  Los fototransistores combinan en un mismo dispositivo la detección
de luz y la ganancia. Su construcción es similar a la de los
transistores convencionales, excepto que la superficie superior se
expone a la luz a través de una ventana o lente.

64.  Respuesta espectral: la curva de respuesta espectral nos
proporciona una indicación de la habilidad del dispositivo para
responder a las diferentes longitudes de onda
Respuesta espectral de un fototransistor de la serie MRD300 de Motorola
expuesto a una radiación de energía constante

65.  La ley de Lambert de la iluminación establece que, la iluminación
de una superficie es proporcional al coseno del ángulo entre la
normal de la superficie y la dirección de la radiación. Así el
alineamiento angular de un foto transistor y su fuente de radiación
es muy significativo.

66.  La sensitividad de un foto transistor es una función de la eficiencia
quantica del diodo colector-base y también de la ganancia de
corriente DC del transistor.

67.  La respuesta del foto transistor es por lo tanto dependiente de la
temperatura color de la fuente. Las fuentes incandescentes operan
generalmente a una temperatura color de 2870 ° K.
Respuesta relativa de la serie MRD300
como una función de la temperatura color.

68.  Un sin número de aplicaciones necesitan usar el foto transistor en
temperaturas ambiente fuera de lo normal en un cuarto. La
variación de la foto corriente con la temperatura cambia de manera
lineal aproximadamente con una pendiente positiva de 0.667% /° C

69.  La variación de la hfe con respecto a la corriente de colector da
como resultado una respuesta no lineal del foto transistor sobre
ondas de gran señal. Sin embargo la respuesta a pequeña señal es
aproximadamente lineal.

70.  Una buena aproximación cualitativa de las características de ruido
del dispositivo se puede obtener midiendo la figura de ruido bajo
condiciones estándar.
Figura de ruido de 1 KHz para el MRD300

73.  El fototransistor es un dispositivo activo sensible a la luz de una
sensitividad moderadamente alta y relativamente rápido. Su
respuesta es función de la intensidad de luz y la longitud de onda
(λ) y se comporta básicamente como un transistor bipolar estándar
con una corriente de fuga de colector-base controlada
externamente.

74.  El fotofet es similar a un FET convencional, con la excepción de
contar con una lente para enfocar la luz en la unión de la puerta.
Este dispositivo fotofet proporciona una excelente combinación de
unión PN fotosensible con un dispositivo de alta impedancia y
amplificadores de bajo ruido

76.  Combinación de unión fotosensible y el bajo ruido con la
amplificación a alta impedancia de una unión FET.
 Eliminación de algunas fuentes de ruido, tales como el ruido de
recombinación existente en los transistores bipolares.
 Umbral de sensibilidad ajustable mediante el terminal de puerta.
 Compensación de temperatura mediante una polarización
adecuada.
 Tolerancia de radiación superior.
 Menor tensión de offset, que permite un comportamiento superior
como conmutador.
 Mayor ganancia de potencia que en muchos fototransistores.
 Superior respuesta en frecuencia que en los fototransistores.

77.  Menor área efectiva sensible.
 Menor sensibilidad y D* que algunos fotodiodos de área mayor.
 Mayor mínimo de corriente oscura que en los fotodiodos (baja
polarización) y aumento del Consumo de potencia y la baja
corriente oscura.
 Respuesta lenta y mayor ruido térmico y se requiere un resistor de
puerta alto para tener sensibilidad.
 Margen lineal limitado (características de transferencia).

78.  Los fototiristores son como los fototransistores o FET muy similares
a sus correspondientes convencionales, excepto en la adición de
una ventana o lente para enfocar la luz en un área apropiada.
Tienen tres terminales, y por tanto, el umbral del disparo óptico
puede controlarse electrónicamente. La ventaja principal del
fototiristor es que es un excelente conmutador, con una capacidad
de gobernar potencias muy superiores a otros fotodetectores.
SCR activado por Luz

80. La salida de un foto-SCR no es
proporcional a la radiación incidente
como en el caso de los fotodetectores
anteriores. El foto-SCR está CORTADO
(baja corriente de ánodo) antes que una
irradiancia adecuada lo dispare y
CONDUCE en cuanto se supera el
umbral óptico. La corriente de ánodo no
varía prácticamente con el nivel de luz.
Como los fototiristores se aproximan a
los conmutadores, sus aplicaciones
principales son para sistemas ópticos
lógicos, tales como contadores
clasificadores y funcionamiento como
relés.

89.  Perdidas debidas a los materiales de construcción(GaAsP/ GaAs η=0.15,
GaAsP/ GaP η=0.76).
 Perdidas FRESNEL(en dos elementos con diferente índice de refracción
una parte de la radiación se refleja).
Pérdidas por ángulo crítico

91.  Es importante y generalmente las características nos dicen la
luminosidad a media intensidad. Esto es el ángulo al cual la
intensidad luminosa es la mitad de la del eje del LED.

94.  Los leds tienen un tiempo promedio entre fallas que usualmente
esta en el rango de 100,000 a 1,000,000 de horas. Este es un
tiempo muy grande para la operación continua, considerando que
un año es de 8760 o 8784 horas, en la practica la medida útil de la
vida de un led es la mitad de su vida, esto es que un led se ve
considerado para alcanzar el fin de su vida cuando su salida de luz
ha llegado a la mitad de lo que originalmente era.

95.  Velocidades extremadamente altas (pocos nanosegundos).
 Ancho de banda espectral estrecho, centrado próximo al pico de
respuesta de muchos detectores de Si.
 Bajo costo.
 Larga vida comparada con las lámparas.
 Linealidad en un amplio margen.
 Adaptable a funcionar con láser coherente.
 Funcionamiento a baja tensión, lo cual los hace compatibles con
circuitos integrados.
 Variedad de colores.

96.  La potencia de salida radiante y la situación del centro de longitud
de onda dependen de la temperatura.
 Fácil destrucción por sobretensión o sobrecorriente.
 Teóricamente no se consigue buen rendimiento excepto con
enfriamiento especial o trabajo intermitente.

97. Cada sistema óptico incluye una fuente de flujo óptico, un medio de
transmisión y un detector, en el análisis de los sistemas, el flujo
luminoso y la responsividad del sensor son considerado constantes
y consecuentemente los cambios de incidencia en el sensor son
resultantes de la modificación de la transmisión.

101.  Cuando se combina una fuente óptica (generalmente un Led) con
algún tipo de detector óptico (generalmente un semiconductor de
si) en un solo encapsulado, el dispositivo resultante se llama
optoacoplador.

102.  Un opto acoplador también llamado opto aislador, es un
componente electrónico que transfiere una señal eléctrica o voltaje
de un circuito a otro, en tanto que mantiene el aislamiento eléctrico
entre ambos.
FUNCIONES
 Aislar un circuito eléctrico de otro, sobre todo cuando tienen
diferentes niveles de voltaje.
 Prevenir el acoplamiento de ruido eléctrico o transitorios de voltaje.

104.  Con la luz incidiendo sobre el foto diodo ,sus características
fotovoltaicas crearán una foto corriente IL o Iout, la cual fluirá en el
diodo, con una resistencia de carga conectada a las terminales del
acoplador, la foto corriente desarrollara un voltaje VL a través de la
carga VL = Iout x RL.

105.  Dado que el CTR de un opto acoplador con una salida de foto
diodo es muy bajo (10 al 15 %) un método que se prefiere es
reemplazar el foto diodo con un foto transistor bipolar . El transistor
bipolar con su inherente ganancia de corriente, Β, proveerá una
considerable aumento en el CTR (alrededor de 50 al 100%)
dependiendo de la beta del foto

106.  Si aun es necesario un CTR mas alto, el transistor bipolar puede ser
reemplazado por un transistor Darlignton que sirva como detector
en la sección de salida.

107.  Si la salida de un optoacoplador es un foto SCR, la función de este
es conmutar la parte positiva de un voltaje de AC a través de la
carga, operando bajo los mismos principios que un SCR ordinario

114. Descripción Del proDucto
La información del tipo de optoacoplador, configuración del circuito,
linealidad, respuesta de frecuencia, velocidad de conmutación,
voltaje de aislamiento y aplicaciones típicas se listan en las hojas
de datos del fabricante.
DiAGrAMA Del pAQuete
El paquete y sus especificaciones aparecen en la hoja de datos e
incluye información sobre las dimensiones del paquete, detalles de
montaje, espaciamiento de terminales y designación y material de
las terminales

115. VAlores MAXiMos ABsolutos.
El voltaje máximo diferencial que el dispositivo puede soportar entre
las secciones de entrada y salida, este depende del material que se
utiliza para el aislamiento – aire vidrio o plástico, los valores típicos
de aislamiento varían de 500 a 6000 volts.
conDiciones De teMperAturA.
Temperatura de operación y almacenaje.
Paquetes plásticos varían de -55°C a +100°C.
Los dispositivos herméticamente sellados van de -55°C a +125°C.

117.  Estas especificaciones son identicas a aquellas que se definen en
la sección de “Valores Máximos Absolutos” según corresponda
al dispositivo:
FOTODIODO

120.  Estas especificaciones son identicas a aquellas definidas para un
LED en la sección de “Características eléctricas” e incluyen:

124. Fotovoltaico
Foto = luz
Voltaico = electricidad
Luz del sol Electricidad

125. Cada fotón con suficiente energía normalmente liberará un electrón
y por lo tanto un hueco libre también. Si esto pasa muy cerca del
campo eléctrico, o si un electrón libre y un hueco libre vagan cerca
por su región de influencia, el campo enviara al electrón al lado N y
un hueco al lado P.

127.  Los detectores analizados tienen una característica en común:
integran en el espacio y en el tiempo la cantidad total de luz que
incide en ellos. Por ejemplo, si un haz luminoso de flujo radiante
dado incide en una pequeña área de la superficie de un fotodiodo,
entonces producirá la misma respuesta que el haz de igual flujo
que cubre toda el área del diodo (figura1). Sin embargo, al saturar
con luz el detector, producirá una respuesta proporcional al flujo
radiante por unidad del área del detector. Al mover el detector a
través del campo luminoso se produce una respuesta que varía con
la irradiancia de punto a punto de la luz incidente.

129. CCD (Dispositivo Acoplado por Carga)
CIS (Sensor de Imagen de Contacto)
APS (Sensor de Pixeles Activo)
VIS (Sensor de Imagen Variable)

130.  El CCD conduce su información mediante la transferencia eficiente
de paquetes de carga eléctrica a través del dispositivo. Las
ventajas ofrecidas por la tecnología CCD son el incremento en la
densidad de encapsulamiento con respecto a la del arreglo de
fotodiodo, la libertad en cuanto al retraso y a la fluorescencia y la
sensibilidad a bajos niveles de luz.

131.  Una fuente de luz para iluminar el documento.
 Un lente para centrar la imagen del documento en un sensor de
imagen.
 Un sensor de imagen.
Modulo CIS

132.  El principio del APS, consiste en asociar al detector fotosensible en
cada célula pixel (fotodiodo o fotoMOS) varios transistores activos
para proporcionar una ampliación y una selección de la señal que
proviene de las cargas fotogeneradas. La señal de voltaje es
entonces transferida hasta la salida a través de un column-bus,
como en una célula de memoria. Con este principio ya no se
necesitan, como en los CCD, las numerosas transferencias de
carga de pixel a pixel hacia la salida del CCD.

135.  Los pixeles de Foveon X3 maximizan el uso de la luz puesto que
los tres colores se recogen en cada pixel. Con los sensores de la
imagen de Foveon X3, las fotografías están agudas y virtualmente
libres de artefactos del color. "el detalle y el color fotográficos que
se puede alcanzar con esta tecnología es sin igual," "pixel por píxel
las cámaras fotográficas digitales basadas en Foveon X3 entregará
imágenes de la más de alta calidad que cualquier otro sensor de
imagen."

136. Cámara tradicional de TV

137.  Un filtro óptico es un medio que sólo permite el paso a través de él de luz
con ciertas propiedades, suprimiendo o atenuando la luz restante. Los
filtros ópticos más comunes son los filtros de color, es decir, aquellos que
sólo dejan pasar luz de una determinada longitud de onda.

138.  De acuerdo a su acción
 Absorción: si absorben parte de la luz
 Reflectivos: si la reflejan

139.  Filtros dicroicos
 Filtros polarizadores
 Filtro de excitación
 Filtro de Lyot
 Filtro de resonancia atómica
 Filtro espacial
 Filtro Chelsea
 Filtro Christiansen

140. Filtros dicroicos para luz ultravioleta
 Un filtro dicroico o interferencial está
formado por una lámina transparente que
posee un recubrimiento reflectante en una
de sus superficies que refleja la luz que se
desea filtrar. De este modo se consigue
separar la luz en dos haces cromáticos
mediante el principio de interferencia.
 se fabrican depositando en el vacío capas
de sustancias reflectivas sobre un sustrato,
generalmente de vidrio. Variando el número
y grosor de estas capas se puede ajustar el
filtro a la frecuencia y ancho de banda
deseado con mucha precisión.

141. Diagrama de acción de un filtro
polarizador
 Los filtros polarizadores
permiten únicamente el paso de
luz polarizada en cierto plano.
También pueden ser absorbentes,
si absorben la radiación no
polarizada en el ángulo deseado o
de división de haz, si dividen la
luz en un haz polarizado y otro no
polarizado.
 Se emplean polarímetros para
medir las propiedades ópticas de
las sustancias orgánicas.

142. Filtro de excitación
Estos filtros seleccionan la
longitud de onda de excitación
para producir fluorescencia en
el espécimen observado
bloqueando el resto de la luz
procedente de una fuente que
suele ser una lámpara de arco
de xenón o una lámpara de
vapor de mercurio
generalmente luz de onda
corta

143.  Está formado por una o más
láminas birrefringentes,
generalmente de cuarzo,
siendo cada lámina de la
mitad de grosor que la
anterior. Debido a la
birrefringencia de las placas
los componentes de
polarización ordinaria y
extraordinaria del haz de luz
tienen un índice de refracción
distinto y por tanto distinta
velocidad de fase, por lo que
el estado de polarización de la
luz se modificará al atravesar
el filtro.

144.  Este es un filtro usado en investigación científica para filtrar
radiaciones electromagnéticas con extrema precisión y mínima
pérdida de intensidad de señal Produce emisiones de una
amplitud de banda sumamente estrecha y puede trabajar en una
longitud de onda desde el infrarrojo al ultravioleta.

145. Filtro Espacial
 Generalmente se usan para
filtrar la salida de un láser
suprimiendo las aberraciones
debidas a imperfecciones en
la óptica que impiden que sea
perfectamente convergente,
produciendo un haz en el
modo transversal del
resonador óptico.

146. Filtro chelsea
 Es un filtro dicromático que
permite el paso de frecuencias
tanto en el rojo intenso como en el
amarillo-verde (690 y 570 nm
respectivamente) que
corresponden con las bandas de
emisión y absorción de la
esmeralda. Es por ello que se
emplea frecuentemente en
gemología para distinguir la
esmeralda auténtica de
imitaciones. Esto es debido a la
fluorescencia roja que emiten
éstas al ser iluminadas con luz
ultravioleta.

147.  Una fibra óptica consiste en dos regiones concéntricas. La región
interna es un filamento transparente llamado núcleo, cuyo diámetro
suele estar comprendido entre 8 y 600 micras dependiendo del tipo
de fibra óptica, y su índice de refracción es superior a la región
externa. La región exterior consiste de un revestimiento de cuarzo o
plástico al igual que el núcleo. Resultando que la luz inyectada en
un extremo de la fibra, dentro de un determinado ángulo conocido
como abertura numérica, es totalmente reflejada cada vez que
incide en límite del núcleo/revestimiento. La luz continua
reflejándose múltiples veces a través de la fibra por esta reflexión
interna total, hasta que sale. por el otro extremo

150. n1 senθ1 =n2 senө2
Cuando la luz pasa de un medio a otro
cambia de velocidad. Introduciéndose una
deflexión en los rayos de luz denominada
refracción. El término que define esta
característica de un medio es el índice de
refracción.

151.  Así, dependiendo de las constantes de refracción de los materiales,
existe un ángulo máximo θ1 = θmáx de incidencia de la luz sobre el
extremo de la fibra para el cual toda la luz incidente se propaga.
Denominado ángulo de aceptación, αmáx, y su seno se conoce como
apertura numérica (NA).

152.  La apertura numérica denota el ángulo máximo de incidencia, αmáx
con el cual toda la luz incidente es propagada por el interior de la
fibra sin que se produzca refracción, solo hay rayo reflejado. Es lo
que se denomina el fenómeno de la reflexión total, que constituye el
principio fundamental para entender el comportamiento de la fibra
como una guía de ondas. Para un ángulo superior de incidencia se
perderá la luz incidente por refracción. El concepto de apertura
numérica se usa para describir la potencia colectora de luz de la
fibra y para calcular la eficiencia de acoplo fuente/fibra.

154.  Dependiendo del tipo
de propagación de la
señal luminosa en el
interior de la fibra,
éstas se clasifican en
los siguientes grupos.
 MONOMODO
 MULTIMODO

155.  En una fibra monomodo, la luz puede tomar un único camino a
través del núcleo, que mide alrededor de 10 micras de diámetro.
Las fibras multimodo tienen núcleos entre 50 y 1000 micras. Las
fibras monomodo son más eficaces a largas distancias, pero el
pequeño diámetro del núcleo requiere un alto grado de precisión en
la fabricación, empalme y terminación de la fibra.
Cuando se requieren anchos de banda muy grandes se
usan fibras monomodo. Estas fibras, en su construcción más
simple, son iguales a las multimodo de salto de índice, solo
que el diámetro del núcleo es muy pequeño (5-12 μm),
pudiéndose propagar un sólo modo

156.  Las señales incidentes con un ángulo cuyo seno sea inferior a la
apertura numérica provocan la aparición de multitud de modos
propagándose por el interior de la fibra .Esta es la razón del término
multimodo para describir el tipo de fibra.

157.  El guiado de la señal luminosa está causado por la reflexión total en
la superficie de separación entre le núcleo y el revestimiento. El
índice de refracción presenta un perfil definido por la expresión
siguiente:
(siendo el Δ incremento del índice de refracción entre el núcleo y el
revestimiento)
En este tipo de fibra la apertura numérica, NA, puede aproximarse
a la expresión:
Valores típicos de NA se encuentran entre
0,2 y 0,5.

158. ◦ Vidrio/Vidrio: cubierta y núcleo de vidrio.
◦ Plástico/Vidrio: cubierta de plástico y núcleo de
vidrio.
◦ Plástico/Plástico: cubierta y núcleo de plástico

159.  En este caso el cambio de índice de refracción en el interior de la
fibra es gradual, lo que provoca una propagación ondulada del rayo
de luz.
 La variación del índice de refracción en el perfil de la fibra da lugar
a que la luz se propague según una trayectoria curva, en lugar de a
tramos rectos como en las fibras de salto de índice. El mayor
recorrido del rayo se compensa por la mayor velocidad de
propagación (V=c/n) en la región exterior del núcleo.
La NA tiene un valor típico de 0,2 para estas fibras

160.  Estas fibras provocan menos modos de propagación que las de
salto de índice, reduciéndose la dispersión, y con ello un aumento
del ancho de banda. Estas fibras son empleadas hasta distancias
de 10 km.

162.  El resultado consiste en que no se obtiene una fiel reproducción de
la señal eléctrica original. La señal eléctrica proporcionada por el
detector tiene más duración que la original. Entonces, se dice que
el pulso entregado por el detector se ha ensanchado o dispersado.

163.  La distorsión de los pulsos, que se evidencia como un pulso de
mayor período que el original, puede considerarse como que el
pulso se ha extendido un período de tiempo muy corto. Esto es
cierto en el caso de velocidades de transmisión muy bajas. Una
leve extensión del período cuando tenemos luz, con relación al
período cuando no tenemos luz es insignificante.
 Pero en los sistemas de transmisión ópticos, la luz es pulsada a
unas velocidades muy altas. En un sistema operando a 90 Mb/s.
Por ejemplo, el período del pulso en que tenemos luz es solo de 6 a
10 ns, y esto que 90 Mb/s no es una velocidad muy alta hoy en día.
La distorsión del pulso introducida puede consecuentemente ser un
porcentaje significante del período del pulso en tales aplicaciones.