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RECEPTORES (DETECTORES) OPTICOSFIBRA OPTICA

INTEGRANTES:• RICARDO BARRIGA

• ALEJANDRA FLORES TOLEDO

• BRIAN QUENALLATA MENDO

• ANDREA SANTIVAÑEZ TORREZ

UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIAFACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIAINGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES

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RECEPTORES OPTICOS

INTRODUCCION:

El principal componente de un receptor óptico es una célula fotoeléctrica, que convierte la luz en electricidad mediante el efecto fotoeléctrico.

Hay varios tipos de fotodiodos, como: fotodiodos PN fotodiodo PIN fotodiodos de avalancha.

MARCO TEORICO Un Receptor Óptico se compone de un detector y de los circuitos necesarios

asociados que lo capaciten para funcionar en un sistema de comunicaciones ópticas,

RECEPTOR

La finalidad de un Rx consiste en convertir la señal óptica en señal eléctrica. El Rx consta de un detector de pulsos de luz que los convierte en señal eléctrica.

El principal componente del Rx es el FOTODETECTOR.

Losfotodetectores más comunes son los diodos PN, PIN,PIN-FET y APD.

EFECTO FOTOELECTRICO

Características esenciales

Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral

La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación

Los fotones del haz de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, Siguiendo un principio de "todo o nada". Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de un enlace atómico, o sino la energía es re-emitida.

En resumen el efecto fotoeléctrico indica que los fotones pueden transferir energía a los electrones

DETECTORES OPTICOS

Son los encargados de transformar las señales luminosas en señales eléctricas.

En los sistemas de transmisión analógica

En los sistemas de transmisión digital

Las características principales que debe tener:

Sensibilidad alta a la longitud de onda de operación Contribución mínima al ruido total del receptor Ancho de banda grande (respuesta rápida) Alta fidelidad. Amplitud de respuesta eléctrica a la señal óptica

recibida. Tiempo de respuesta corto. Estabilidad de las características de ejecución.

PARAMETROS CARACTERISTICOS

Longitud de Onda (λ)

Responsividad (r)

Corriente de Oscuridad (ld)

Tiempo de Subida (tr)

Tiempo de Bajada (tf)

Potencia Equivalente de Ruido (NEP)

Factor de Multiplicación de Avalancha (M)

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FOTODIODO PN

semiconductor con una banda energética mas estrecha que la del fotón que se desea detectar.

Polarizada inversamente

los e son atraídos hacia el lado n, se genera un par hueco-electrón , éste es arrastrado hacia ese lado, y aumenta con el flujo de fotones incidente

11 Características del diodo P-N

 

Estos fotodiodos se fabrican para que puedan generar de 0.1 nA a 100 nA de fotocorriente.

No trabaja a velocidades altas. La zona de unión es físicamente muy delgada

12 VENTANAS DE TRABAJO Y MATERIAL

800-900 nm (Si) primera ventana

1330nm(segunda ventana)

1550nm (tercera ventana)

Long. de onda de corte=coef. absorción pequeño

si λ<1 um (primera ventana del infrarrojo)ge λ > 1um ventanas segunda y tercera.

13FOTODIODO PIN

La inserción de la capa intrínseca obedece a una cuestión de eficiencia de la absorción dentro de una región de campo.

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Para conseguir la generación de pares electrón-hueco, el diodo PIN debe estar polarizado en inversa cargas generadas en la zona intrínseca sean aceleradas por el campo eléctrico presente entre las zonas p y n

15 FOTODIODO PIN

16 CARACTERÍSTICAS

Si se incrementa el ancho de la región activa se incrementa la eficiencia.

El ancho de la región de agotamiento incrementa el tiempo de tránsito de los fotones.

Es relativamente fácil de fabricar. Altamente fiable. Tiene bajo ruido y es compatible con circuitos

amplificadores de tensión. Sensible a un gran ancho de banda debido a que no

tiene mecanismo de ganancia.

17 FUENTES DE RUIDO EN UN FOTODIODO PIN

Causas o tipos de ruidos:

Ruido tipo granalla shot.- Derivados de la mencionada interacción luz- materia

Ruidos propiamente térmicos.- Debido a que los electrones en un conductor poseen niveles de energía cuyos valores instantáneos dependen de la temperatura del material.

luz-materia fotón-electrón

18 FOTODIODO PIN-FET

Algunos receptores reúnen las funciones de detector y de amplificador (o preamplificador) en un mismo circuito integrado que sirve como un detector-(pre)amplificador.

19 CUADRO COMPARATIVO

RECEPTOR NIVEL DE SENSIBILIDAD

VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN

LONGITUD DE ONDA

PIN -34 dBm 2 a 34 Mbps 1a y 2a ventana

PIN-FET -53 dBm-47 dBm

2 Mbps34 Mbps

2a y 3a ventana

Para aumentar la sensibilidad del PIN se utilizan fotodiodos PIN –con preamplificador FET– que poseen un ancho de banda amplio, pudiendo ser utilizados para diferentes longitudes de onda y diferentes tipos de fibras.

20 CARACTERISTICAS

Especialmente adecuado para aplicaciones de 400 nm A 1100 nm (SFH 203) y de 880 nm (SFH 203 FA)

Es sensible a un gran ancho de banda Su constitución le permite obtener señales

ópticas de hasta el nano watts

21 FOTODIODO APD (AVALANCHA)

A diferencia de los diodos PIN, los APD tienen que ser polarizados a un alto voltaje (150-300 V) para conseguir el efecto de avalancha.

22 EFECTO AVALANCHA… Se alcanza cuando el campo eléctrico creado por la elevada tensión

acelera fuertemente los portadores, presentes en la zona intrínseca, de manera que colisionan con átomos del semiconductor.

23 …EFECTO AVALANCHA

24 FACTOR DE MULTIPLICACION “M”

Para pequeños valores de M predomina el ruido térmico y la relación S/N es baja. Conforme crece M lo hace el nivel de señal tras el fotodetector, y comienza a hacerse notar, la relación S/N alcanza un optimo

25 VENTANAS DE TRABAJO

APD de silicio (longitudes de onda entre 600 a 900 nm).

APD de InGaAs arseniuro de galio e indio (longitudes de onda entre 1200 a 1600 nm).

APD de germanio (entre1100 a 1500 nm). APD de InGaAsP arseniuro-fosfato de galio e indio

con GaAs-FET (longitudes de onda entre 1100 a 1600 nm).

26 EN BASE AL MATERIAL DE FABRICACIÓN

27 Comparación de fotodetectores

28 Comparación de fotodetectores

29 Comparación de fotodetectores

Costo Vida Temperatura Circuitos de polarización

30 Fotodetector PIN

31 Fotodetector APD

32 Fotodetectores

33Conclusiones

Los fotodiodos APD.

Los fotodiodos PIN.

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GRACIAS