RECEPTORES DE FIBRA OPTICA Integrantes: Gutiérrez Gutiérrez Mauricio Mendoza Ayala Ariel Rojas Farfán Carla Yesenia

Introducción El receptor óptico consiste en un dispositivo de fotodetector. La calidad de un receptor óptico se mide por su sensibilidad, que especifica el mínimo exigido, la salida de luz de una determinada actuación en términos de relación señal/ruido (S/N) o la tasa de errores de transmisión.

Efecto Fotoelectrico En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados" se denominan termo electrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas

Tipos de Detectores Existen dos tipos fundamentales de detectores de luz Los Térmicos Los fotonicos

Los detectores térmicos absorben (detectan) la energía de los fotones incidentes en forma de calor con lo que se produce un incremento en la temperatura del elemento sensor que implica también un cambio en sus propiedades eléctricas como por ejemplo la resistencia.

Esquema basicoo de un dispositivo fotodetector

Propiedades de los detectores fotónicos Eficiencia cuántica Responsividad Tiempo de respuesta

Eficiencia cuántica Se define como la probabilidad de que un fotón incidente sobre el dispositivo genere un par de portadores que contribuyen a la corriente del detector

Responsividad Hace referencia a la corriente que circula por el dispositivo en función de la potencia óptica incidente. La responsividad crece con λ hasta que se alcance el valor de la longitud de onda de corte.

Tiempo de Respuesta Va a ser un parámetro decisivo cuando la radiación incidente varía en el tiempo, en general los fotodiodos y sus variantes van a ser más rápidos que los fotoconductores. La rapidez en la respuesta a las variaciones del flujo de fotones recibido dependerá del propio material

Principales requerimientos del fotodetector Los requisitos son: Alta sensibilidad de operación. Alta fidelidad. Amplitud de respuesta eléctrica a la señal óptica recibida. Tiempo de respuesta corto. Estabilidad de las características de ejecución. Tamaño físico del detector.

Funcionamiento Se basa en una unión semiconductor P-N con polarización inversa, que al incidirle fotones de una determinada frecuencia induce una transición de electrones de la BV a BC, generándose un par electrón-hueco en la región de transición.

Corriente de sombra (DarkCurrent) Se le define como la corriente que genera un fotodetector en ausencia de potencia óptica, y se origina de la luz ambiental, o aquella producida por pares electrón-hueco generados térmica en Z te. Junto con la responsividad y el ancho de banda

Tipos de fotodetectores Fotoconductivos: Generan flujo de corriente en presencia de luz Fotovoltaicos: Generan un voltaje en presencia de luz.

Fotodiodo P-N una unión p-n en la que la corriente inversa aumenta con el flujo de fotones incidente.

Características del diodo P-N Estos fotodiodos se fabrican para que puedan generar del orden de 0.1 nA a 100nA de fotocorriente. No trabaja a velocidades altas. La zona de unión es físicamente muy delgada

Fotodiodo PIN 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.

Capas de un Fotodiodo PIN

PIN-FET

PIN-FET Es sensible a un gran ancho de banda debido a que no tiene mecanismo de ganancia. Su constitución le permite obtener señales ópticas de hasta el nanowatt y asegurar la precisión en la detección

PIN FOTODIODO DE SILICIO  CARACTERÍSTICAS ESPECIALMENTE ADECUADO PARA APLICACIONES DE 400 nm A 1100 nm (SFH 203) Y DE 880 nm (SFH 203 FA) CORTO TIEMPO DE CONMUTACIÓN (TÍPICO 5 ns) 5MM PAQUETE DE PLÁSTICO LLEVADO TAMBIÉN DISPONIBLE EN LA CINTA Y CARRETE   APLICACIONES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL PARA LOS CIRCUITOS DE CONTROL Y LA UNIDAD FOTOELÉCTRICOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE FIBRA ÓPTICA

Ventana de trabajo PIN-Si

Fotodetector APD (Avalanche Photodetector) En su forma básica, un APD es un diodo P-I-N con una fuerte polarización inversa Esta ionizacion por impacto determina la ganancia de avalancha.

La union se dopa ligeramente de tipo p y se la renombra como capa π.

Ventana de trabajo según el material del APD APD de silicio (longitudes de onda de hasta 1100 nm). APD de InGaAs/InP (longitudes de onda para 1300 nm). APD de germanio (para 1300 nm). APD de InGaAs/InP con GaAs-FET (para 1300 nm).

Capas de un fotodiodo APD

Los dos diodos más usados El detector PIN se usa más comúnmente en enlaces de corta distancia y el ADP es muy útil en transmisiones de larga distancia. Por lo que se refiere a la velocidad de respuesta, ambos fotodiodos pueden trabajar actualmente a velocidades muy altas de transmisión digital.

Cuadros de comparación PIN vs APD

Fotodiodo APD Como regla general puede decirse que los receptores APD deben ser utilizados para enlaces largos y los PIN-FET para enlaces medios.

Características PIN-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 son más sensibles a las variaciones de temperatura Velocidad 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.

Combinación Emisor-Receptor Según Longitud de Onda   Tipo de Fibra Tipo de Emisor Tipo de Receptor Lambda 850 nm Fibra multimodo (gradiente inducido). Emisores LED (GaAs) o Láser. Receptores PIN Lambda 1300 nm Fibra multimodo o monomodo. Emisores Láser (GaInAsP). Receptores PIN de InGaAs. Lambda 1550 nm Fibra monomodo Emisor Láser. Receptores APD

Comparación fotodetectores

Diseño de receptores ópticos

Primera etapa (front end) La primera etapa, también denominada receptor óptico, consta de un fotodiodo y un preamplificador, que amplifica la señal generada por el fotodiodo para su posterior tratamiento.

Segunda etapa Canal Lineal Después de que la señal ha sido detectada y preamplificada se pasa al canal lineal, donde existe un amplificador con control automático de ganancia y un filtro paso bajo.

Tercera etapa, Recuperación de Datos Consiste de un circuito de decisión y un circuito de recuperación de reloj El circuito de decisión compara la salida del canal lineal a un umbral, en un tiempo TB entregado por la recuperación de reloj

Ruido en Receptores Ópticos Para estudiar con mayor detenimiento el receptor de un sistema de transmisión óptica es necesario analizar de forma conjunta todas las fuentes de ruido que hemos mencionado en los apartados anteriores.

Características de ruido El ruido cuántico aparece porque la fotogeneración de portadores es en sí un proceso aleatorio. El ruido térmico (también ruido de Johnson) aparece porque en cualquier elemento de un circuito los electrones sufren movimientos aleatorios, que inducen una corriente aleatoria incluso en la ausencia de luz. El elemento que más influye en la generación de esta corriente aleatoria que se superpondrá a la que genera el diodo será la resistencia de carga.

Precios de Receptores PhotoMax-200/PIN Photomax 200 Integración diodo amplificador de fotos con diodo $ 12,850.00 PhotoMax-200/APD Photomax 200 Integración diodo amplificador de fotos con dos fotodiodo Avalancha. $ 15,900.00 PHM-PIN Integración Headstage con diodos PIN $ 1,995.00 PHM-APD Integración Headstage con dos Fotodiodos Avalancha $ 4,900.00

Conclusiones Los APD son más sensibles que los diodos PIN y requieren de menos amplificación adicional. Las desventajas de los APD son los tiempos de transición, relativamente largos y ruido adicional internamente generado, debido al factor de la multiplicación de avalancha. Los receptores PIN y APD según el material que se use varia las características de los mismos dando como resultado diferentes tipos de longitudes de onda. Los receptores PIN y APD también sirve para demostrar en que ventana de trabajo las longitudes de onda estan.

GRACIAS