Fuente óptica
CAPITULO 4. FUENTE ÓPTICA 4.1 INTRODUCCIÓN
4.5. S ENSOR CON FUENTE CONTROLADA
Una vez implementado el control de temperatura del encapsulado del láser, se obtiene la respuesta del sensor en el intervalo de temperatura de interés siguiendo el mismo procedimiento que en el caso anterior, como se muestra en la figura 4.6:
Figura 4.6 Respuesta del sensor utilizando fuente láser con control de temperatura.
En la figura 4.7 se puede apreciar la curva de respuesta del sensor pero ahora utilizando el receptor óptico, por lo que se tiene la curva de respuesta en voltaje:
Fig. 4.7. Respuesta del sensor utilizando el receptor óptico.
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67 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 30 32 34 36 38 40 42 44 46 ºC 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 30 32 34 36 38 40 42 44 46 ºCA fin de tener una referencia más clara del la respuesta del sensor a continuación se muestran gráficos normalizados de la potencia de salida del sensor para los casos sin y con estabilización en temperatura de la fuente óptica (ver figuras 4.8. y 4.9).
Fig. 4.8. Respuesta normalizada del sensor de temperatura con fuente sin control de temperatura.
Fig. 4.9. Respuesta normalizada del sensor de temperatura con fuente con control de temperatura.
Potencia normalizada
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68Se puede ver que al mejorar la estabilidad de la fuente óptica también lo hace la respuesta del sensor, sin embargo, se siguen presentando desviaciones en la repetibilidad del sensor. Por lo que se encuentra que la inestabilidad que se está presentando lo origina otra causa, como se detalla en el siguiente apartado.
4.6.RETROREFLEXIÓN
El tener estabilizados en temperatura tanto el circuito de control como al láser, permite ir descartando las posibles causas de la inestabilidad de la fuente, de acuerdo a los resultados obtenidos se llega a la conclusión de que posiblemente se esté presentando el problema de retroreflexión, debido a que se está utilizando un láser como fuente de luz.
La retroreflexión es un término aplicado a cualquier proceso en el enlace óptico en donde se produzca cambios de dirección de la luz y ésta retorne a la fuente. Todos los láseres son susceptibles a las retroreflexiones. Las retroreflexiones perturban la oscilación de onda estacionaria en la cavidad láser, incrementando el ruido de fondo efectivo en el láser. Una retroreflexión fuerte causa que ciertos láseres lleguen a ser muy inestables y completamente inutilizables en algunas aplicaciones. Algunos láseres son muy susceptibles a la retroreflexión debido al diseño del láser en sí. El factor más determinante para que se produzca este fenómeno es el acoplamiento entre el láser y la fibra óptica. En un láser de baja potencia del 5 al 10 % de la potencia del láser se acopla en la fibra; esto permite que del 5 al 10 % de la retroreflexión se acople al chip del láser. Un láser de alta potencia puede acoplar a la fibra entre el 50 y 70 % de su salida, así que del 50 al 70 % de las retroreflexiones se acoplan en la cavidad láser [19].
Las retroreflexiones en sistemas ópticos pueden producirse por diversas causas. Las fuentes primarias incluyen retrodispersión de Rayleigh en la salida de la fibra, debidas a luz que se pierde debido a impurezas en la fibra e inhomogenidades en el índice de refracción; reflexiones de Fresnel que ocurren en la unión de materiales que tienen diferentes índices de refracción, mala terminación de los extremos de la fibra óptica, empalmes, inapropiada
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69terminación de acopladores, muchas interfaces ópticas, fisuras y fracturas en la fibra y superficie del detector [20].
Para comprobar está hipótesis, se realiza una prueba de estabilidad de la fuente de la siguiente manera: debido a que las retroreflexiones se producen principalmente en la interfaz aire-fibra (conector), no se utiliza la fibra óptica; se realiza una medición directa de la potencia luminosa, utilizando para ello la cabeza óptica HP81520A y el multímetro óptico 8153A con interfaz de cabeza óptica HP81533B. La configuración utilizada en la medición se muestra en la figura 4.10.
Fig. 4.10. Diagrama de conexión para prueba de estabilidad utilizando una cabeza óptica.
La idea en esta prueba es eliminar la causa principal de las retroreflexiones, las cuales posiblemente están produciendo las inestabilidades en la fuente láser, por ello se coloca la fuente óptica frente a la cabeza, y con cierto ángulo a fin de que los haces de luz que se reflejan no regresen hacia la fuente y así evitar el fenómeno de retroreflexión. La fuente y la cabeza óptica están aisladas del ambiente exterior a fin de que la luz ambiental no afecte en la medición. Los
Cabeza óptica HP81533B
Multímetro óptico HP8153A con interfaz para cabeza óptica HP81533B
Captura de datos (GPIB, LABVIEW)
Fuente óptica
45 uW 880 nm hp 8153A Optical multímeter
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70 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1 1.02 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Hrs. mWresultados de la caracterización de la estabilidad de la fuente óptica se muestran en la tabla 4.3 y en la gráfica 4.11.
Tabla 4.3. Resumen estadístico de la estabilidad de la fuente óptica utilizando la cabeza óptica HP81533B. mW Porcentual (%) Promedio 1.01247 Máximo 1.013 Mínimo 1.012
Diferencia máx. con promedio
-0.00053 -0.05234723 Diferencia min. Con promedio
0.00047 0.046421129 Diferencia de máximo con mínimo
0.001 0.098768359 Desviación estándar
0.000499307 0.049315762
Fig. 4.11. Gráfico de estabilidad de la fuente óptica utilizando la cabeza óptica HP 81533B.
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71En este gráfico de estabilidad puede observarse que la intensidad luminosa es mayor, esto se debe a que se está exponiendo directamente la cabeza óptica a la fuente de luz; comparando los resultados de la tabla 4.3 con la tabla 4.2 se puede ver que el porcentaje de variación es mucho menor; comparando los porcentajes, vemos que en la prueba con la fibra óptica, la desviación estándar que se presenta es del 0.131 % y la prueba con la cabeza óptica arroja una desviación estándar del 0.049 %. Con esto se comprueba que las retroreflexiones están causando las inestabilidades que se presentan al caracterizar la estabilidad de la fuente y que también afectan la respuesta del sensor.