Foto Detektor OPTIK

8/15/2019 Foto Detektor OPTIK

1/44

PENERIMA OPTIK

OPTICAL RECEIVER


2/44

Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik

DriveCircuit

Sumber Cahaya

OpticalRX

OpticalTx

Electronic

Detektor cahaya

prosesor

Sinyal

inputelektrik

Transmitter

Receiver

Regenerator

Ke perangkat lain

Amplifier

Sinyal

Output elektrik

coupler

splice

connector Serat

optik

Optical amplifier


3/44

Syarat Foto Detektor

• High response atau sensitifitas

• Noise rendah

• Respon cepat atau bandwidth lebar

• Tidak sensitif thd variasi suhu

• Kompatibel dgn fiber

• Murah

• Tahan lama


4/44

Foto Detektor yg ada

• Photomultiplier (photocathode + multiplier

dlm vacum tube)

• Pyroelectric detector (konversi photon ke

panas konstanta dielektrik)

• Semiconductor-based photoconductor (pin

dan APD) cocok u fiber optik.


5/44


6/44


7/44


8/44


9/44

Rekombinasi Elektron dan Hole

• Carrier bermuatanmengalir melaluimaterial, beberapapasangan elektron-

hole berekombinasidan hilang.

• Elektron bergeraksejauh Ln sedanghole bergerak

sejauh Lp. Jarak tsbdisebut panjangdifusi.


10/44

Daya Optik Yang Diserap


11/44


12/44


13/44


14/44


15/44


16/44

Efek Avalanche

• Mekanisme pelipatgandaan

elektron/hole disebut impact

ionization.

• Carrier baru yg dibangkitkan juga

dipercepat oleh kuat medan listrik ,

shg menguatkan energi utk impact

ionization selanjutnya.

• Phenomena tsb disebut efek

avalanche.

• Dibawah tegangan breakdown

jumlah carrier yg dibangkitkantertentu, sedangkan diatas tegangan

breakdown carrier yg dibangkitkan

dpt tak terbatas.


17/44


18/44


19/44


20/44

Noise Foto Detektor

• Sumber noise di penerima meningkat dr noise foto detektor akibatdr sifat alami proses konversi photon-elektron dan noise termal disirkit penguat.

• Utk mendapatkan S/N tinggi :

(a) Foto detektor harus memiliki efisiensi kuantum yg tinggi utk

membangkitkan sinyal besar.

(b) Noise foto detektor dan penguat harus sekecil mungkin.

• Sensitivitas foto detektor : daya optis minimal yg dpt dideteksi.


21/44

Sumber Noise


22/44

Perbandingan Sinyal thd Noise


23/44


24/44


25/44

Contoh

• Dioda foto pin GaAs memiliki parameter pd panj

gel 1300 nm : ID = 4 nA, η = 0,65, RL = 1000 Ohmdan IL diabaikan. Daya optis datang 300 nW, lebarpita penerima 20 MHz, T =300o K. Hitunglah :(a) Arus foto primer

(b) Noise2 di penerima.(c) S/N jika m = 0,8

• APD dgn parameter tsb, utk x = 0,5 Hitunglah :(a) Mopt

(b) Arus (foto primer) multiplikasi(c) Noise2 di penerima

(d) S/Nmaks


26/44

Respon Waktu Detektor


27/44


28/44


29/44


30/44

Respon Waktu

• Faktor respon waktu foto dioda :

– Waktu transit foto carrier di daerah deplesi

– Waktu difusi foto carrier yg dibangkitkan diluar daerah deplesi

– Konstanta waktu RC dioda foto dan sirkit yg berkaitan

• Parameter yg berpengaruh thd faktor tsb :

– Koefisien absorbsi αs

– Lebar daerah deplesi w

– Kapasitansi junction dan dioda foto

– Kapasitansi penguat

– Tahanan beban detektor

– Tahanan masukan penguat

– Tahanan seri penguat


31/44

Pengaruh Suhu pd Penguatan APD

Mekanisme penguatan APD sangat sensitif thd suhu krn

ketergantungan laju ionisasi elektron dan hole. Ketergantungan tsbsangat kritis pd teg bias tinggi.

VB : Teg breakdown saat M menjadi tak hingga , n : tgt material, nilai 2,5 – 7

Va : teg bias mundur detektor

IM : arus foto multiplied RM : tahanan seri foto dioda dan beban detektor

a, b : konstanta, positip utk RAPD dan ditentukan dr grafik percobaan penguatan thd

suhu.


32/44

Pengaruh suhu terhadap penguatan APD silikon pd 825 nm


33/44


34/44


35/44


36/44


37/44


38/44


39/44


40/44


41/44


42/44

Quantum Limit

• Shg utk Pr(0) tertentu, terdapat energi minimal yg dibutuhkan pd panjanggel tertentu.


43/44

Laju Kesalahan Bit / BER (Bit Error Rate)

• Merupakan laju kesalahan bit yang terjadi dalam mentransmisikan sinyal digital.Dimana BER dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

(S/N) pk/rms = 20 Log 2Q

(Hoss, 2000 & Keiser, 2000). Sehingga diperoleh nilai pendekatan:

• Dimana, Q = Quantum noise dan Pe = Probability Error

• Makin tinggi S/N, makin baik mutu komunikasinya. Oleh karena itu, ada suatubatasan minimum dari S/N dalam hubungan telekomunikasi untuk dapatmemuaskan konsumen pemakai jasa telekomunikasi. Standar S/N untuk SistemKomunikasi Serat Optik adalah 21,5 dB (BER = 10-19) (Freeman: 1998).


44/44

Contoh

Documents

Foto Detektor OPTIK