PENERIMA OPTIK

OPTICAL RECEIVER

Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik

Drive Circuit

SumberCahaya

Optical RX

Optical

Tx

Electronic

Detektorcahaya

prosesor

Sinyal

input elektrik

Transmitter

Receiver

Regenerator

Ke perangkat lain

Amplifier

Sinyal

Output elektrik

coupler

splice

connector Seratoptik

Optical amplifier

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

Foto Detektor yg ada

• Photomultiplier (photocathode + multiplier dlm vacum tube)

• Pyroelectric detector (konversi photon kepanas konstanta dielektrik)

• Semiconductor-based photoconductor (pin dan APD) cocok u fiber optik.

Model Pita Energi

• Photon datangmemiliki energi ≥ energi band-gap photon akanmemberikanenerginya danmembangkitkanelektron dr pita valensi ke pita konduksi di depletion region photocarrier.

Rekombinasi Elektron dan Hole

• Carrier bermuatanmengalir melaluimaterial, beberapapasangan elektron-hole berekombinasidan hilang.

• Elektron bergeraksejauh Ln sedanghole bergeraksejauh Lp. Jarak tsbdisebut panjangdifusi.

Daya Optik Yang Diserap

Avalanche Photodiode

• APD secarainternal melipatgandakan arusfoto sinyalprimer sebelummemasuki sirkitpenguatmeningkatkansensitifitaspenerima.

Efek Avalanche

• Mekanisme pelipatgandaanelektron/hole disebut impact ionization.

• Carrier baru yg dibangkitkan jugadipercepat oleh kuat medan listrik , shg menguatkan energi utk impact ionization selanjutnya.

• Phenomena tsb disebut efekavalanche.

• Dibawah tegangan breakdown jumlah carrier yg dibangkitkantertentu, sedangkan diatas teganganbreakdown carrier yg dibangkitkandpt tak terbatas.

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 utkmembangkitkan sinyal besar.

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

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

Sumber Noise

Perbandingan Sinyal thd Noise

Contoh

• Dioda foto pin GaAs memiliki parameter pd panjgel 1300 nm : ID = 4 nA, η = 0,65, RL = 1000 Ohm dan 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

Respon Waktu Detektor

• A : luas dioda foto

• Φ0 : photon flux datang per satuan luas

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

Pengaruh Suhu pd Penguatan APD

Mekanisme penguatan APD sangat sensitif thd suhu krnketergantungan 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 detektorIM : arus foto multiplied RM : tahanan seri foto dioda dan beban detektora, b : konstanta, positip utk RAPD dan ditentukan dr grafik percobaan penguatan thdsuhu.

Pengaruh suhu terhadap penguatan APD silikon pd 825 nm

Quantum Limit

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

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 suatu batasan minimum dari S/N dalam hubungan telekomunikasi untuk dapat memuaskan konsumen pemakai jasa telekomunikasi. Standar S/N untuk Sistem Komunikasi Serat Optik adalah 21,5 dB (BER = 10-19) (Freeman: 1998).

Contoh