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Diseño e ingeniería óptica de espacio libre

Zemax, Código V y más...

La óptica de espacio libre es el área de la óptica donde la luz se propaga libremente a través del espacio. Esto es contrario a la óptica de ondas guiadas donde la luz se propaga a través de guías de ondas. En el diseño y desarrollo de ópticas de espacio libre, utilizamos herramientas de software como OpticStudio (Zemax) y Code V para diseñar y simular el ensamblaje óptico. En nuestros diseños utilizamos componentes ópticos como lentes, prismas, expansores de haz, polarizadores, filtros, divisores de haz, placas de ondas, espejos...etc. Además de herramientas de software, realizamos pruebas de laboratorio utilizando herramientas como medidores de potencia óptica, analizadores de espectro, osciloscopios, atenuadores...etc. para confirmar que nuestro diseño óptico de espacio libre funciona como se desea. Hay numerosas aplicaciones de la óptica del espacio libre.

- Conexiones de LAN a LAN en_campuses o entre edificios a velocidades Fast Ethernet o Gigabit Ethernet. 
- Conexiones de LAN a LAN en una ciudad, es decir, red de área metropolitana. 
- Los sistemas de comunicación basados en la óptica del espacio libre se utilizan para cruzar una vía pública u otras barreras que el emisor y el receptor no poseen. 
- Fast service through acceso de gran ancho de banda a redes de fibra óptica. 
- Conexión de datos de voz convergente. 
- Instalaciones temporales de redes de comunicación (como eventos y otros propósitos). 
- Restablezca rápidamente la conexión de comunicación de alta velocidad para la recuperación ante desastres. 
- Como alternativa o complemento de actualización a wireless  existente

tecnologías. 
- Como complemento de seguridad para conexiones de comunicación de fibra importantes para garantizar la redundancia en los enlaces. 
- Para comunicaciones entre vehículos espaciales, incluidos elementos de una constelación de satélites. 
- Para comunicación entre chips e intrachip, comunicación óptica entre dispositivos. 

- Muchos otros dispositivos e instrumentos utilizan un diseño óptico de espacio libre, como binoculares, telémetros láser, espectrofotómetros, microscopios, etc.


Ventajas de la óptica de espacio libre (FSO)
- Facilidad de implementación 
- Funcionamiento sin licencia en sistemas de comunicación. 
- Tasas de bits altas 
- Tasas de error de bit bajas 
- Inmunidad a las interferencias electromagnéticas porque se está utilizando luz en lugar de microondas. Al contrario de la luz, las microondas pueden interferir
- Operación dúplex completo 

- Protocolo transparencia 
- Muy seguro debido a la alta direccionalidad y estrechez del(de los) haz(es). Difícil de interceptar, por lo que es muy útil en comunicaciones militares. 
- No es necesaria la zona Fresnel 


Desventajas de la óptica de espacio libre (FSO)
Para aplicaciones terrestres, los principales factores limitantes son:
- Dispersión de haz 
- Absorción atmosférica, especialmente bajo niebla, lluvia, polvo, contaminación del aire, smog, nieve. Por ejemplo, la niebla puede causar una atenuación de 10..~100 dB/km.  
- Centelleo 
- Luz de fondo 
- Sombra 

- Estabilidad de apuntamiento en wind 

Los enlaces ópticos de distancia relativamente más larga se pueden implementar utilizando luz láser infrarroja, aunque es posible la comunicación de baja velocidad de datos en distancias cortas utilizando LED. El rango máximo para enlaces terrestres es del orden de 2-3 km, sin embargo la estabilidad y calidad del enlace depende en gran medida de factores atmosféricos como lluvia, niebla, polvo y calor y otros mencionados anteriormente. Se pueden lograr distancias significativamente mayores, como decenas de millas utilizando fuentes de luz incoherentes de LED de alta intensidad. Sin embargo, el equipo de baja calidad utilizado puede limitar bandwidths a unos pocos kHz. En el espacio exterior, el rango de comunicación de la comunicación óptica en el espacio libre es actualmente del orden de varios miles de kilómetros, pero tiene el potencial de salvar distancias interplanetarias de millones de kilómetros, utilizando telescopios ópticos como expansores de haz._cc781905-5cde-3194-bb3b -136bad5cf58d_Se han propuesto comunicaciones ópticas seguras en el espacio libre utilizando un interferómetro láser de ranura N donde la señal láser toma la forma de un patrón interferométrico. Cualquier intento de interceptar la señal provoca el colapso del patrón interferométrico. 

Aunque en su mayoría hemos dado ejemplos sobre sistemas de comunicación, el diseño y desarrollo de óptica de espacio libre es muy importante en muchas otras áreas, incluidos dispositivos biomédicos, instrumentos médicos, faros de automóviles, sistemas de iluminación arquitectónica moderna en interiores y exteriores de edificios, y muchos otros. Si lo desea, después del diseño óptico de espacio libre de su producto, podemos enviar los archivos creados a nuestras instalaciones de fabricación óptica, planta de moldeo por inyección de precisión y taller de máquinas para la creación de prototipos o la producción en masa, según sea necesario. Recuerde, tenemos los prototipos y la fabricación así como la experiencia en diseño.


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