RECEPTORES OPTICOS
EL FOTODETECTOR
• Fotoconductor
• diodo PIN (PIN - FET)
– longitudes de onda corta (800nm y 900 nm)
• fotodiodo de avalancha (APD)
Modelos de receptor óptico
• Receptor de detección directa
Receptores de detección coherente
EL EFECTO FOTOELÉCTRICO
DIODO FOTOELÉCTRICO
• Unión P-N, sensible a la incidencia de la luz
visible o infrarroja.
• Región de transición (tensión externa por
máxima resistencia de la estructura)
DIODO P-I-N
El fotodiodo PIN es el detector más importante
utilizado en los sistemas de comunicación óptica
se pueden dividir en dos clases:
•Los que emiten luz
•Los que se activan o se conectan mediante la
luz DAL.
Características
•
•
•
•
Es relativamente fácil de fabricar.
Es Altamente fiable.
Tiene bajo ruido.
Es compatible con circuitos amplificadores de
baja tensión.
• Es sensible a un gran ancho de banda debido a
que no tiene mecanismo de ganancia.
Funcionamiento
•
•Presenta zonas p y n altamente conductivas junto
a otra intrínseca poco conductiva
• Una típica estructura p-i-n tiene, como material
absorbente de luz, un compuesto de In, Ga, As.
• La superficie superior está recubierta de un fino
aislante, para proteger la superficie y reducir la
recombinación de electrones y huecos en dicha
superficie.
• El diodo se polariza inversamente para que las
cargas generadas en la zona intrínseca sean
aceleradas por el campo eléctrico presente.
• El electrón al moverse contribuye a la
conducción y deja una vacante llamada hueco.
Este hueco puede ser ocupado por otro
electrón. Surge así un portador de carga
positiva y otro negativo denominado par
electrón-hueco.
• La principal fuente de ruido en un fotodiodo
p-i-n es el ruido de granalla (shot noise),
producido en la zona de deplexión de la unión
p-n inversamente polarizada.
FOTODIODO DE AVALANCHA (APD)
• Los APD son similares a los diodos PIN en
cuanto a que trabajan polarizados en inversa,
en ausencia de grandes corrientes de
oscuridad.
• A diferencia de los diodos PIN los APD operan
a tensiones inversas lo suficientemente
elevadas como para que cuando los
portadores sean en el campo eléctrico.
En el siguiente gráfico se muestra como se
mantiene un campo eléctrico en un APD
Proceso de avalancha
• El diodo está preparado para conducir
corriente limitada por la resistencia del
dispositivo
• En polarización inversa, la unión p-n forma
una barrera y sólo la puede atravesar una
corriente muy pequeña, normalmente
causada por generación térmica
• La corriente de oscuridad es una corriente
eléctrica relativamente pequeña que fluye a
través de dispositivos fotosensibles incluso
cuando no está recibiendo luz.
• La corriente de oscuridad se debe a la generación
aleatoria de electrones y huecos, que son
arrastrado por el campo eléctrico. Su intensidad
aumenta con la temperatura.
• Cuanto menor sea la corriente de oscuridad,
mayor será la sensibilidad del detector,
• Si la polarización es negativa se aumenta la
corriente de oscuridad.
• Cuando se ilumina el diodo, se producen
muchos más pares electrón-hueco.
• A una polarización suficientemente baja se
puede suponer que no hay ganancia de
avalancha de la fotocorriente
• La fotocorriente es la corriente total generada en
el diodo menos la corriente de oscuridad
correspondiente a esa tensión.
• Para un voltaje mayor, se produce una ganancia
finita, tanto de la fotocorriente como de la
corriente de oscuridad.
• La máxima ganancia se alcanza justo antes de la
tensión de ruptura.
• La tensión de ruptura es el voltaje para el cual la
ganancia de multiplicación de la corriente de
oscuridad se aproxima a infinito.
Características comparativas entre los
diodos PIN y APD
Costo.
• Los diodos APD son más complejos y por ende más caros.
Vida.
• Los diodos PIN presentan tiempos de vida útil superiores.
Temperatura.
• Los diodos APD poseen velocidades de respuesta mayores,
por lo tanto permiten la transmisión de mayores tasas de
información.
Circuitos de polarización.
• Los diodos PIN requieren circuitos de polarización más
simples, pues trabajan a menores tensiones.
RECEPTORES
• Al igual que con los transmisores, debemos considerar los
mismos parámetros básicos para diferenciar las
características de los receptores analógicos y digitales. Los
parámetros de los receptores analógicos son la linealidad o
distorsión y el ancho de banda, mientras que para
receptores digitales la linealidad no es importante y el
ancho de banda se reemplaza por la máxima velocidad de
transmisión.
RECEPTORES
• Otras consideraciones son la relación señal/ruido
para los receptores analógicos y la tasa de errores
para receptores digitales. Se debe notar que la
fuente principal de ruido en el receptor es la etapa
amplificadora que sigue al fotodetector.
Ruido en los receptores ópticos
• La capacidad de un receptor óptico para
detectar señales de luz débiles depende de su
sensibilidad y en particular del ruido propio.
Los agentes causantes del ruido son la señal
óptica, el diodo en sí y el circuito eléctrico que
le sigue.
Ruido en los receptores ópticos
• El límite en cuanto a detección se da cuando
la suma de todas las corrientes de ruido iguala
a la corriente de la señal a la salida del
receptor. Esta potencia equivalente al ruido
suele ser sin embargo menos importante que
la potencia óptica (mínima) requerida para
garantizar la deseada relación señal/ruido o
tasa de error.
Parámetros De Los Detectores
•
Eficiencia Cuántica
Promedio de electrones generados por fotón
incidente.
•
Sensibilidad Espectral
Relación entre la potencia eléctrica de salida y la
potencia óptica incidente.
Parámetros De Los Detectores
•
Corriente de Oscuridad
Corriente de salida en el detector en ausencia
de radiación óptica.
• Apertura de Entrada
•
Máximo ángulo de incidencia de la luz para el que
la superficie detectora aparece totalmente
iluminada.
CONCLUSIONES
• Aunque existen varios tipos de fotodetectores,
usualmente sólo se consideran dos para la detección
directa de señales digitales en comunicaciones ópticas:
el diodo PIN y el fotodiodo de avalancha (APD).
• El funcionamiento del diodo fotoelectrico está basado
en el fenómeno inverso de los LED, es decir, que en
este caso se produce una separación de huecos y
electrones, como consecuencia de la absorción de la
energía de la luz incidente sobre la estructura del
semiconductor.
CONCLUSIONES
• El fotodiodo PIN es el detector más
importante utilizado en los sistemas de
comunicación óptica. Es relativamente fácil de
fabricar, altamente fiable, tiene bajo ruido .
• Los APD son mucho mas sensibles que los PIN
por su relacion de FOTONES a ELECTRONES de
1 a N mientras q los PIN tienen una relacion
de 1 a 1.
• Básicamente, el detector es un dispositivo que
convierte fotones en electrones.
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fotodiodo de avalancha (APD)