como funciona un led

Cómo funciona

Albert Einstein explicó hace muchos años el efecto fotoeléctrico de algunos materiales. Estos materiales al ser sometidos a una corriente eléctrica generan luz. Los LEDs funcionan bajo este principio fotoeléctrico y como el mismo solo pueden crear una frecuencia determinada de luz, o sea un solo color, sin embargo cambiando los materiales usados se puede cambiar el color.

El principio fotoeléctrico funciona de manera opuesta a los paneles fotovoltaicos donde al recibir luz estos crean electricidad, los LEDS funcionarían básicamente con la ecuación inversa.

La base de la tecnología LED está basada en el diodo, este es un componente electrónico de dos puntas que permite la circulación de energía a través de él en un solo sentido.

Básicamente el funcionamiento de un LED consiste en el envío de energía a través de los materiales conductores. Siendo más específicos se envía un electrón a través de la banda de conducción a la de valencia y en este proceso se pierde energía.

Esta energía perdida puede manifestarse en forma de un fotón con amplitud, dirección y fase aleatoria. De esta manera la circulación de energía hace que se genere luz. Sin embargo no todo es luz sino que al igual que las lamparas convencionales las LEDs también desprenden calor, pero en una cantidad mucho menor.

 

CARACTERÍSTICAS DE LOS LEDs.
 
- El ancho de banda del LED depende del material del componente.
- La amplitud del LED depende de la densidad de la corriente.
- El funcionamiento del LED está ligado a la temperatura.
- Los LEDs son componentes de relativa lentitud (<1 Gb/s).
- Los LEDs poseen un rango espectral ancho.
- Los LEDs son baratos.
- Los LEDs transmiten luz en un cono relativamente amplio.
- Los LEDs son fuentes convenientes para comunicaciones por fibras ópticas
multimodo.

Funcionamiento del diodo láser.

El proceso de generación de luz en un diodo láser es similar al del LED, pero
con un volumen de generación menor y una alta concentración de portadores
inyectados. Se consigue así una elevada ganancia óptica y un espectro de
emisión muy estrecho que da lugar a luz coherente.
La luz de este tipo de láser puede acoplarse fácilmente a una fibra multimodo
juntando simplemente a tope un extremo de la raya del láser contra el extremo
del núcleo de la fibra, que tiene un diámetro mucho mayor. También puede
acoplarse a una fibra monomodo.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIODOS LÁSER.

Algunas de las ventajas más notables de estos componentes son:
- Debido a su patrón de radiación de luz, el cual es más directo que el patrón
que presentan los LED ́s, es más sencillo acoplar la luz dentro de la fibra
óptica. Esto reduce las pérdidas por acoplamiento y permite utilizar fibras más
de diámetro menor.
- La potencia radiada que entrega el láser es típicamente de 5mW, mientras
que el LED entrega una potencia de 0.5mW en promedio. Esto hace que el
láser sea preferido en sistemas de comunicación de larga distancia.
- El láser permite una mayor tasa de transmisión de bits.
El láser genera luz monocromática, lo que reduce la dispersión por longitud
de onda en la fibra óptica.
Las desventajas más notables que encontramos en el láser son:
- El láser es 10 veces más caro que el LED.
- Por su cualidad de operar a alta potencia, su duración de vida es mucha más
corta que la del LED.
- La operación del láser es más dependiente de la temperatura que la del LED.

fotodetector

un fotodetector radica en su funcionamiento como transductor de luz que proporciona una señal eléctrica como respuesta a la radiación óptica que incide sobre la superficie sensora.

Existen dos tipos fundamentales de detectores de luz, los térmicos y los fotónicos que operan con mecanismos de transducción diferentes.

Los detectores térmicos absorben (detectan) la energía de los fotones incidentes en forma de calor con lo que se produce un incremento en la temperatura del elemento sensor que implica también un cambio en sus propiedades eléctricas como por ejemplo la resistencia. El cambio en esta propiedad eléctrica en función del flujo radiante recibido es lo que permite su medida a través de un circuito exterior. La mayoría de esta clase de fotodetectores son bastante ineficientes y relativamente lentos como resultado del tiempo requerido para cambiar su temperatura, lo que les hace inadecuados para la mayor parte de las aplicaciones fotónicas.

Fig. 4.1 Esquema básico de un dispositivo fotodetector

Los detectores fotónicos no utilizan la energía del fotón en forma de calor, sino que la invierten en incrementar la energía de sus portadores de carga, con lo que se modifican las propiedades de conducción eléctrica de los sistemas detectores en función del flujo de fotones recibido. Este proceso de conversión implica la transformación de los fotones incidentes en electrones, pero esta respuesta simple no tendría ninguna relevancia si esos electrones no se ponen en movimiento para generar una corriente, que es la magnitud que realmente podemos medir, para ello en ocasiones hay que aplicar un campo eléctrico, dando lugar a un esquema como el de la figura 4.1. Dado su origen, la corriente así generada recibe el nombre de fotocorriente. Es a esta clase de detectores a la que nos vamos a dedicar en este tema.