Post on 14-Dec-2015
description
Overview Materi Prinsip deteksi opticKarakteristik photodetectorSyarat-syarat detectorPIN (P Intrinsic N)APD (Avalanche Photodetector)
Detektor Optik/PhotodetectorPhotodetektor berfungsi untuk mendeteksi cahaya yang
datang dan mengubahnya ke besaran listrik.Persyaratan yang harus dimiliki oleh detektor optik :
1. Mempunyai sensitivitas tinggi pada daerah operasi panjang gelombang
2. Responnya cepat (dalam ns)3. Derau yang dihasilkan kecil.4. Tersedia cukup bandwidth untuk menyalurkan bit rate
data yang diterima.5. Tidak sensitif terhadap perubahan suhu.6. Secara fisik kompatibel dengan dimensi kabel.7. Mempunyai waktu operasi yang lama.8. Ukurannya kecil
Rangkaian Photodioda
Photodiode dioperasikan pada prategangan balik.Cahaya yang diterima akan diubah menjadi arus listrik, pada tahanan RL
arus tersebut diubah menjadi besaran tegangan.Perbandingan arus yang dihasilkan photodetector terhadap daya optik
yang diterima disebut sensitivitas optik (dinyatakan dalam A/W)Sensitivitas suatu photodetector sangat bergantung pada panjang
gelombang operasi dan bahan photo detector.
Mekanisme Deteksi Cahaya Dilihat Dari Energi Elektron
Bila foton yang datang ≥ band gap energy bahan semikonduktor, foton memberikan energinya dan membangkitkan elektron dari pita valensi dan pita konduksi.
Proses ini membangkitkan pasangan elektron-hole bebas yang disebut photo carrier.
Photo carrier ini dihasilkan pada daerah deplesi / active region.
• Medan listrik yang tinggi timbul di daerah deplesi ini akan menimbulkan arus.
• Arus ini disebut photo current (Ip).
Jenis-jenis Photodetector1. Dioda PIN (P Intrinsic N)2. Dioda APD (Avalanche Photo Diode)
Photodetector PIN
Prinsip kerja dioda PIN :Mengubah energi optik (foton) yang diterima
menjadi arus keluaran berdasarkan photo voltaic effect
Memerlukan bias mundur (reverse bias)
Karakteristik Photodetector PINa. Responsitivity (R)
di mana :
R adalah responsitivity (dalam A/W)Ip adalah arus photo detectorP0 adalah daya optik diterimaη adalah efisiensi kuantume adalah muatan elektronh adalah konstanta Planckf adalah frekuensi
Karakteristik Photodetector PINb. Efisiensi kuantum (η)
Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan elektron-hole terhadap foton yang datang pada diode.
Hubungan antara efisiensi kuantum dengan responsitivity dan panjang gelombang
Catt. Pada umumnya η < 1
p
e
r
r
dimana : re adalah rate elektron yang dihasilkan (electrons/s)rp adalah rate foton yang datang pada diode (photons/s)
dimana : R adalah responsitivity (dalam A/W)λ adalah panjang gelombang (dalam μm)
Karakteristik Photodetector PINc. Kecepatan respon (rise time)
ditentukan oleh karakteristik rise time detektor tersebut
Bandwidth adalah frekuensi maksimum yang dapat dideteksi oleh photodioda, dibatasi oleh waktu respon (rise time)
d. Daya optik minimum (MRP : Minimum Required Power)
merupakan daya minimum diperlukan pada BER (Bit Error Rate) tertentu
Photodetector APDPrinsip kerja :APD bekerja pada reverse bias yang besar pada
medan listrik yang tinggi terjadi avalanche effect yang menghasilkan impact ionization berantai dan terjadi multiplikasi avalanche sehingga terjadi penguatan atau multiplikasi arus.
Multiplikasi M photodiode ditentukan oleh :M = IM/Ip
di mana :IM adalah nilai rata-rata total arus output yang dimultiplikasiIp adalah arus photo yang tidak dimultiplikasi
Photodetector APDGain (M) meningkat jika diberikan tegangan dengan reverse bias :
di mana :n adalah nilai konstanVBR adalah tegangan breakdown detektor (sekitar 20
– 500 V)
n
BR
d
V
VM
1
1
Karakteristik Photodetector APDa. Responsivity :
RAPD = RPIN M
di mana :M adalah faktor multiplikasi APD dan berharga
antara 10 – 250.
b. Panjang gelombang operasi : λ = 1,24/Eg(eV) μm
Karakteristik Photodetector 1. Absorption
Penyerapan foton di dalam photodioda menghasilkan photocurrent yang tergantung kepada koefisien absorpsi (o) cahaya di dalam semikonduktor device.
Koefisien absorpsi tergantung pada panjang gelombang Daya yang diserap photodioda :
dimana :
Pabs adalah daya yang diserap
Po adalah daya dari FO
d adalah lebar dari active region o adalah koefisien absorpsi
dPP ooabs exp1
Karakteristik Photodetector Absorption
Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya optik yang diterima dari FO
dimana :
e adalah elektron r adalah koefisien pantulan Fresnel d adalah lebar dari active region o adalah koefisien absorpsi
Hubungan antara Pabs, Po, dan η adalah :
dhf
rePI o
op
exp1
1
o
abs
P
P
Karakteristik Photodetector Absorption
Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya optik yang diterima dari FO
dimana :
e adalah elektron
r adalah koefisien pantulan Fresnel
d adalah lebar dari active region
o adalah koefisien absorpsi
dhf
rePI o
op
exp1
1
Daerah Operasi Berbagai Tipe Sumber, Serat dan Detektor Optik
Petunjuk Pemilihan Komponen Link Optik