Οι οπτικοί δέκτες μετατρέπουν το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό. Η μετατροπή των φωτονίων σε ηλεκτρόνια ονομάζεται φώραση.

Σχετικά έγγραφα
Οι οπτικοί δέκτες μετατρέπουν το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό. Η μετατροπή των φωτονίων σε ηλεκτρόνια ονομάζεται φώραση.

Φώραση Οπτικών Σηµάτων

Τηλεπικονωνίες οπτικών ινών

NRZ Non return to zero: Οι άσσοι καταλαµβάνουν ολόκληρη τη διάρκεια bit. (Μικρό Bandwidth)

Η μονάδα db χρησιμοποιείται για να εκφράσει λόγους (κλάσματα) ομοειδών μεγεθών, αντιστοιχεί δηλαδή σε καθαρούς αριθμούς.

ΑΣΚΗΣΗ 15 Μελέτη φωτοδιόδου (φωτοανιχνευτή) και διόδου εκπομπής φωτός LED

Πολύπλεξη μήκους κύματος Wavelength Division Multiplexing

Ξεκινώντας από την εξίσωση Poisson για το δυναμικό V στο στατικό ηλεκτρικό πεδίο:

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΕΛΕΓΧΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ

p - n επαφή και εκπομπή φωτονίων

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

ΟΠΤΙΚΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Μάθημα 10o. φωτοφωρατές

Δίοδοι Ορισμός της διόδου - αρχή λειτουργίας Η δίοδος είναι μια διάταξη από ημιαγώγιμο υλικό το οποίο επιτρέπει την διέλευση ροής ρεύματος μόνο από

Περιεχόμενο της άσκησης

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

Τ.Ε.Ι Λαμίας Τμήμα Ηλεκτρονικής

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ. Γ. Λευθεριώτης Αναπλ. Καθηγητής Γ. Συρροκώστας Μεταδιδακτορικός Ερευνητής

/personalpages/papageorgas/ download/3/

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Εξελίξεις στις οπτικές επικοινωνίες

Φωτοδίοδος. 1.Σκοπός της άσκησης. 2.Θεωρητικό μέρος

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ. Γ. Λευθεριώτης Αναπλ. Καθηγητής Γ. Συρροκώστας Μεταδιδακτορικός Ερευνητής

Συστήματα Μετάδοσης & ίκτυα Οπτικών Ινών

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Επικοινωνίες I

8. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΟΠΤΙΚΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Μάθημα 6ο Φωτοπηγές Φωτοεκπέμπουσες δίοδοι LED. Αρ. Τσίπουρας, Phd ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ &ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΕΝΟΤΗΤΑ ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

ΑΣΚΗΣΗ 7 Μέτρηση ωμικής αντίστασης και χαρακτηριστικής καμπύλης διόδου

Ασκήσεις για έκτες PIN και έκτες µε Οπτική Προενίσχυση

Ηλεκτρονική Φυσική (Εργαστήριο) ρ. Κ. Ι. ηµητρίου ΙΟ ΟΙ

Κεφάλαιο 3 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Ημιαγωγοί - ίοδος Επαφής 2

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΘΟΡΥΒΟΣ - ΓΕΙΩΣΕΙΣ

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Πιθανότητα Σφάλματος για Δυαδική Διαμόρφωση

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

Μετρήσεις Διατάξεων Laser Ανιχνευτές Σύμφωνης Ακτινοβολίας. Ιωάννης Καγκλής Φυσικός Ιατρικής Ακτινοφυσικός

WDM over POF ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΤΡΙΤΗΣ ΟΜΑ ΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση

ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Στυλιανός Τσίτσος

Αρχές φωτοβολταϊκών διατάξεων

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ. Γ. Λευθεριώτης Αναπλ. Καθηγητής Γ. Συρροκώστας Μεταδιδακτορικός Ερευνητής

Σύνθετη Άσκηση για Διάδοση, Διασπορά και Αντιστάθμισή της

1η Οµάδα Ασκήσεων. Τµήµα επεξεργασίας σήµατος του αναγεννητή

Ορθή πόλωση της επαφής p n

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ορθή πόλωση της επαφής p n

Ηλεκτρονική. Ενότητα: 3 Δίοδος. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Θέµατα που θα καλυφθούν

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ AC-DC. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΒΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ - ΑΠΛΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Διατάξεις ημιαγωγών. Δίοδος, δίοδος εκπομπής φωτός (LED) Τρανζίστορ. Ολοκληρωμένο κύκλωμα

12. Εάν ένα κομμάτι ημιαγωγού τύπου n και ένα κομμάτι ΟΧΙ

ΑΠΑΝΤΉΣΕΙΣ ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤAΣΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2009 Επιμέλεια: Νεκτάριος Πρωτοπαπάς ΟΜΑΔΑ Α

Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ. Γ. Λευθεριώτης Επικ. καθηγητής

6. Τελεστικοί ενισχυτές

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ-ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ- ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ, ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

Θόρυβος και λάθη στη μετάδοση PCM

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΑΘΕΡΑΣ ΤΟΥ PLANCK

h(t τ k ) X (t) = X (t) = (shot noise). 3/28 4/28

Μετά την κυψελίδα ροής

Περιεχόμενα. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Μοντέλα για Ενεργές Συσκευές Ολοκληρωμένου Κυκλώματος. 1.1 Εισαγωγή

Φυσική για Μηχανικούς

Εργαστήριο 1: Αρχές Κινητών Επικοινωνιών

& Εφαρμογές. (εργαστήριο) Μικροκύματα

Φυσική για Μηχανικούς

β) db έντασης = 20log οεισ δ) db έντασης = 10log οεισ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2.1 ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

Σύνθετες Ασκήσεις για ιάδοση, ιασπορά και Αντιστάθµισή της

ΕΝΟΤΗΤΑ 5 Αναλογικά σήματα

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ (ΚΥΚΛΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) 2009 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΟΜΑ Α Α

Μετάδοση σήματος PCM

Άσκηση 3 Η φωτο-εκπέµπουσα δίοδος (Light Emitting Diode)

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΙΚΡΟΚΥΜAΤΩΝ ΜΕ ΔΙΟΔΟ GUNN

To σήμα πληροφορίας m(t) πρέπει να είναι μονοπολικό (uni-polar) ΝRZ σήμα της μορφής: 0 ---> 0 Volts (11.1) 1 ---> +U Volts

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστημάτων

ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ 4. ΕΙ ΙΚΕΣ ΙΟ ΟΙ. ίοδος zener. Χαρακτηριστική καµπύλη διόδου zener. Χαρακτηριστική καµπύλη διόδου Zener

Κεφάλαιο 3: Ερωτήσεις - Ασκήσεις. 1. Σε ποιες κατηγορίες διακρίνουμε τα μέσα μετάδοσης; 2. Ποια είναι τα ενσύρματα μέσα μετάδοσης:

11.1. Αναπαράσταση του ψηφιακού σήματος πληροφορίας m(t)

Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd stvrentzou@gmail.com

Ηλεκτρονική. Ενότητα: 2 Η επαφή pn. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

K14 Αναλογικά Ηλεκτρονικά 5: Ειδικοί Τύποι Διόδων

ΜΑΘΗΜΑ: ΟΠΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ - ΙΟ ΟΙ LASER

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΣΤ' Εξάμηνο. 1ος ΤΡΟΠΟΣ ΛΥΣΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΚΥΚΛΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) 27 ΜΑΪΟΥ 2009 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΟΜΑ Α Α

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Αγωγιμότητα σε ημιαγωγούς

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΟΜΑ Α Α

Ηλεκτρονική. Ενότητα 3: Δίοδος. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ίκτυα Υπολογιστών και Επικοινωνία ίκτυα Υπολογιστών & Επικοινωνία ΙΑΛΕΞΗ 8 Η Παντάνο Ρόκου Φράνκα 1 ιάλεξη 8: Το Φυσικό Επίπεδο

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας

Γιάννης Λιαπέρδος ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Κριτική Ανάγνωση: Αγγελική Αραπογιάννη. Επιμέλεια πολυμεσικού διαδραστικού υλικού: Γιώργος Θεοφάνους

Δίκτυα Κινητών και Προσωπικών Επικοινωνιών

Transcript:

Οπτικοί δέκτες

Οι οπτικοί δέκτες μετατρέπουν το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό. Η μετατροπή των φωτονίων σε ηλεκτρόνια ονομάζεται φώραση. Ένας αποδoτικός οπτικός δέκτης πρέπει να ικανοποιεί τις παρακάτω προϋποθέσεις: Να είναι λειτουργικοί στις συχνότητες των τριών παραθύρων ελάχιστης εξασθένισης των οπτικών ινών. Να έχουν δυνατότητα αποδιαμόρφωσης υψίρρυθμων σημάτων της τάξης των 10 Ghz. Να έχουν μεγάλη ευαισθησία (sensitivity) ωστε να ανιχνεύουν χαμηλές τιμές λαμβανόμενης ισχύος (-18 ~ -30 dbm) Να έχουν αντίστοιχο μέγεθος με τις οπτικές ίνες. Σταθερή λειτουργία που να μην επηρεάζεται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Να έχουν υψηλή αξιοπιστία. Να έχουν χαμηλό κόστος.

Σχηματική αναπαράσταση οπτικού δέκτη Το βασικό στοιχείο του δέκτη είναι ο φωτοφωρατής. Δέχεται το οπτικό σήμα (ASK) και παρέχει το ηλεκτρικό σήμα της πληροφορίας αλλοιωμένο από τον θόρυβο της ζεύξης (εξασθένηση και διασπορά). Στη συνέχεια το ηλεκτρικό σήμα ενισχύεται και αναγνωρίζεται σε 0 και 1. Τέλος το αποκαταστημένο σήμα πληροφορίας m(t) μπορεί να μετατραπεί σε αναλογικό (π.χ. στην περίπτωση ομιλίας). Φωτοφωρατής m r (t)+n r (t) Διάταξη αναγνώρισης 1 ή 0 m(t) D/A

Φωτοφωρατές Οι διατάξεις που μετατρέπουν το προσπίπτον φώς σε ρεύμα ή τάση αναφέρονται σαν φωτοφωρατές. Υπάρχουν οι φωτοπολλαπλασιαστικές λυχνίες, τα φωτοτρανζίστορ οι φωτοδίοδοι και άλλοι. Απο αυτούς μόνο οι φωτοδίοδοι ημιαγωγών ικανοποιούν τις απαιτήσεις που αναφέραμε. Στις φωτοδιόδους ημιαγωγών, η διαδικασία μετατροπής των φωτονίων σε ρεύμα είναι ακριβώς η αντίθετη με αυτή των Led και των Laser ημιαγωγών. Στις οπτικές επικοινωνίες χρησιμοποιούνται κυρίως οι εξής τύποι φωτοδιόδων: PIN, positive intrinsic negative APD, avalanche photodiodes

Φώραση στην p-n επαφή Στην ανοικτή pn επαφή δημιουργείται μια περιοχή απογύμνωσης από διάχυση των φορέων πλειοψηφίας. Από την περιοχή n διαχέονται ηλεκτρόνια στην περιοχή και από την περιοχή p διαχέονται οπές στην περιοχή n. Η διάχυση αυτή δημιουργεί ένα φράγμα δυναμικού. Εφαρμόζοντας ανάστροφη πόλωση το φράγμα δυναμικού μεγαλώνει. Κάθε φωτόνιο που προσπίπτει στην περιοχή απογύμνωσης με ενέργεια μεγαλύτερη απο την E g, αποσπά ένα ηλεκτρόνιο απο την ζώνη σθένους και το μεταφέρει στην ζώνη αγωγιμότητας. Αυτό λόγω της ανάστροφης πόλωσης ρέει στο κύκλωμα έξω από την δίοδο δημιουργώντας ένα ρεύμα ανάλογο των προσπιπτόντων φωτονίων.

Παράμετροι φωτωδιόδων Αποκρισιμότητα (responsitivity R): Ορίζεται ως το ηλεκτρικό ρεύμα εξόδου της φωτωδιόδου ανα μονάδα προσπίπτουσας ηλεκτρικής ισχύος. R= I P Κβαντική απόδοση (quantum efficiency η): Ορίζεται ως το πηλίκο του αριθμού των παραγόμενων ηλεκτρικών φορέων N e προς τον αριθμό των προσπιπτόντων φωτονίων N p η= N e N p

Φωτοδίοδος PIN (Positive Intrinsic Negative) Πρόκειται για βελτίωση των χαρακτηριστικών της PN επαφής ώστε να αυξηθεί η ικανότητα φώρασης. Αυτές ο βελτιώσεις περιλαμβάνουν: Αύξηση της περιοχής απογύμνωσης, ώστε τα προσπίτοντα φωτόνια να οδηγούν σε ωφέλιμα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών εντός αυτής. Εάν η περιοχή απογύμνωσης είναι μικρή τα φωτόνια ενδέχεται να την διαπεράσουν και ενδεχομένως να δημιουργήσουν ηλεκτρόνια στην περιοχή n όπου απλά θα διαχυθούν ή θα επανασυνδεθούν. Λεπτή και διάφανη περιοχή-p ωστε τα φωτόνια να μπορούν εύκολα να φτάσουν στην περιοχή απογύμνωσης.

Φωτοδίοδος APD Σε αυτές τις φωτοδιόδους η ανάστροφη τάση είναι πολλή μεγαλύτερη (δεκάδες Volt) από τις PIN. Κάθε ηλεκτρόνιο που δημιουργείται από πρόσπτωση φωτονίων αποκτά μεγάλη ταχύτητα λόγω της μεγάλης έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Στην πορεία του μέχρι να βγεί από τον ημιαγωγό, το ηλεκτρόνιο συγκρούεται με τα άτομα του ημιαγωγού αποσπώντας και άλλα ηλεκτρόνια δημιουργώντας μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων. Εάν η ανάστροφη τάση υπερβεί μια τιμή, επέρχεται κατάρρευση της διόδου με μεγάλες τιμές ρεύματος χωρίς ύπαρξη φωτονίων.

Το ρεύμα για την κατάσταση 1 και 0 υπολογίζονται απο τις σχέσεις: Ι (1)=R P (1)=R P Ι (0)=R P (0)=0 Λόγω θορύβου παρουσιάζονται διακυμάνσεις γύρω από τις παραπάνω τιμές. Οι τύποι θορύβου που λαμβάνονται υπόψη είναι: Θερμικός θόρυβος που οφείλεται στην αντίσταση εισόδου R που βλέπει η φωτοδίοδος. Η μέση διακύμανση (τυπική απόκλιση) του ρεύματος του θερμικού θορύβου υπολογίζεται απο την σχέση: όπου k=6,625 10-34 J.s η σταθερά Boltzman, T η απόλυτη θερμοκρασία, Β το εύρος ζώνης της μετάδοσης και Ι το ρέυμα του κυκλώματος. Θόρυβος βολής (shot noise) που εμφανίζεται όταν το οπτικό σήμα στον δέκτη, είναι τόσο ασθενές ώστε η κβαντική του φύση να γίνεται αισθητή ως σειρά τυχαίων παλμών. Η μέση διακύμανση (τυπική απόκλιση) του ρεύματος του θορύβου βολής υπολογίζεται από την σχέση: όπου e το φορτίο του ηλεκτρονίου. σ 2 th = 4kTB R σ 2 sh =2eIB

Για το λογικό 1 λαμβάνοντας υπόψη τον θερμικό θόρυβο και το θόρυβο βολής, η μέση διακύμανση του συνολικού θορύβου ισούται με: σ 1 =(σ 2 th +σ sh Για το λογικό 0 λαμβάνοντας υπόψη τον θερμικό θόρυβο και θεωρώντας το θόρυβο βολής μηδενικό, η μέση διακύμανση του συνολικού θορύβου ισούται με: σ 0 =σ th 1 2 2 )

Σχέση θορύβου και BER Η πιθανότητα εσφαλμένης αναγνώρισης P e (BER) αποδεικνύεται οτι ισούται με: P e = 1 2.erfc(x) όπου erfc(x)=2 π x exp( ξ 2 )dξ και x= (I 1 I 0 ) 2(σ 1 +σ 0 ) χ 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2 3 4 erfc(χ) 1 0,78 0,57 0,40 0,26 0,16 4,4 x10-3 2,2x10-5 1,5x10-8

Κβαντικό όριο Το κβαντικό όριο q (quantum limit) του δέκτη εκφράζει τον ελάχιστο απαιτούμενο αριθμό λαμβανόμενων φωτωνίων σε διάστημα τ (διάρκεια bit) για την επίτευξη σε συνθήκες απουσίας θερμικού θορύβου, συγκεκριμένης τιμής P e. Εάν Ε rec η λαμβανώμενη οπτική ενέργεια σε διάστημα τ,p rec η αντίστοιχη ισχύς και r είναι ο ρυθμός λήψης φωτονίων τότε ο αριθμός των φωτονίων που λαμβάνονται σε διάστημα τ δίνεται: N τ = rτ = Ε rec /hf = P rec.τ / hf = P rec / h f). τ (φωτόνια /bit) οπότε για σ th = 0 q = N τ σth=0 = rτ σth=0 =(P rec / h f).τ σth=0 Θεωρώντας οτι σε ιδανικές καταστάσεις λήψης ο αριθμός των λαμβανόμενων φωτονίων ισούνται με τον αριθμό των δημιουργούμενων ηλεκτρονίων έχουμε : q = (P rec / h f).τ σth=0 = Ι τ /e

Φώραση με φωτοδίοδο PIN Στην παρακάτω ανάλυση προσδιορίζουμε α) την σχέση της πιθανότητας Pe με τις μεταβλητές τ (διαρκεια bit) και P (προσπίπτουσα οπτική ισχύς) β) το κβαντικό όριο του δέκτη Βήμα 1 : I 1 = I =. P και I 0 = 0 Βήμα 2: σ 0 = σ th =(4kTB/R) 1/2 = (2kT/τR) 1/2 (διοτι B=1/2τ) σ 1 = (σ th 2 + σ sh2 ) 1/2 = [(4kTB/R) +(2eIB)] 1/2 = [(2kT/τR)+(e P/τ)] 1/2 (2) Βήμα 3: χ = (Ι 1 Ι 0 ) / (σ 1 +σ 0 ) = P / {(4kT/τR) 1/2 +[(4kT/τR)+(2e P/τ)] 1/2 } οπότε: P e = (1/2) erfc( P / {(4kT/τR) 1/2 +[(4kT/τR)+(2e P/τ)] 1/2 }) Βήμα 4: Απο την προηγούμενη σχέση έχουμε για επιθυμητή P e ζεύγη τιμών τ και P Βήμα 5: Θεωρώντας σ th =0, P e = (1/2) erfc( P / (2e P/τ) 1/2 ) = 1/2erfc([ Pτ/2e] 1/2 )= 1/2 erfc([rτ/2] 1/2 )

Παράδειγμα Έστω δέκτης PIN, με απαίτηση για P e = 10-15. Ποιό είναι το κβαντικό του όριο Λύση: Για P e = 10-15 αντιστοιχεί χ = 5,7 άρα (rt/2) 1/2 =5,7 => rt = 2. 5,7 2 = 64 άρα το κβαντικό όριο ισούται με 64 φωτόνια ανα bit

Φώραση με φωτοδίοδο APD Στην παρακάτω ανάλυση προσδιορίζουμε α) την σχέση της πιθανότητας Pe με τις μεταβλητές τ (διαρκεια bit) και P (προσπίπτουσα οπτική ισχύς) β) το κβαντικό όριο του δέκτη Εάν Μ ο συντελεστής πολλαπλασιασμού φωτονίων και F ο συντελεστής θορύβου Βήμα 1 : I 1 = ΜI = Μ.. P και I 0 = 0 Βήμα 2: σ 0 = σ th =(4kFTB/R) 1/2 = (2kFT/τR) 1/2 (διοτι B=1/2τ) σ 1 = (σ th 2 + σ sh2 ) 1/2 = [(4kFTB/R) +(2eMFIB)] 1/2 = [(2kFT/τR)+(eMF P/τ)] 1/2 (2) Βήμα 3: χ = (Ι 1 Ι 0 ) / (σ 1 +σ 0 ) = M P / {(4kFT/τR) 1/2 +[(4kFT/τR)+(2eMF P/τ)] 1/2 } οπότε: P e = (1/2) erfc(m P / {(4kFT/τR) 1/2 +[(4kFT/τR)+(2eMF P/τ)] 1/2 }) Βήμα 4: Απο την προηγούμενη σχέση έχουμε για επιθυμητή P e ζεύγη τιμών τ και P Βήμα 5: Θεωρώντας σ th =0, P e = (1/2) erfc(m P / (2MFe P/τ) 1/2 ) = 1/2erfc([M Pτ/2Fe] 1/2 )= 1/2 erfc([mrτ/2f] 1/2 )

Απαιτούμενη ισχύς λήψης ώς συνάρτηση του ρυθμού μετάδοσης εστιγμένες γραμμές -> P e =10-15, συνεχόμενες γραμμές -> P e =10-9

Παράμετροι δεκτών Οπτικός σηματοθορυβικός λόγος (Optical Signal to Noise Ratio-OSNR) OSNR = 10log 10 {(P r /B ref ) / (P nr /B equiv )} Όπου P r η ισχύς του λαμβανόμενου οπτικού σήματος, B ref το εύρος ζώνης αναφοράς, P nr η ισχύς του λαμβανόμενου θορύβου και B equiv το ισοδύναμο εύρος ζώνης θορύβου. Ευαισθησία (sensitivity) P r,min του δέκτη : Ορίζεται η ελάχιστη αποδεκτή οπτική ισχύς στη είσοδο του δέκτη, προκειμένου ο δέκτη να διασφαλίζει τον επιθυμητό λόγο δυφιακών σφαλμάτων (BER) στο ψηφιακό σήμα εξόδου. Υπερφόρτωση P over του δέκτη: Ορίζεται ως η μέγιστη αποδεκτή οπτική ισχύς στην είσοδο του δέκτη προκειμένου ο δέκτης να διασφαλίζει τον επιθυμητό λόγο δυφιακών σφαλμάτων (BER) στο ψηφιακό σήμα εξόδου.

Ο χρόνος ανύψωσης (rise time) t rise : Ορίζεται ως το απαιτούμενο χρονικό διάστημα για τη μεταβολή του ρεύματος της φωτοδιόδου απο το 10% στο 90% της μέγιστης τιμή του. Ισχύει η παρακάτω σχέση: t rise = 2,2 R r C r Όπου R r, C r η ωμική αμτίσταση και η χωρητικότητα του δέκτη. Ο χρόνος ανυψωσης t rise, πρέπει να είναι μικρός και καθορίζει και τον μέγιστο ρυθμό μετάδοσης: B r = 0,35 / t rise = 1 / (2 π. R r.c r )

Χαρακτηριστικές παράμετροι δεκτών Παράμετρος Τυπικές τιμές Περιοχή μήκους κύματοςλειτουργίας Διαθέσιμο εύρος ζώνης Ρυθμός μετάδοσης R Αποκρισιότητα 600-1800 nm 0,01-20GHz (PIN) 0,1-3 GHz (APD) Έως 10Gbit/s 0,5-1 A/W (PIN) 0,5-100 A/W (APD) BER 10-12 έως 10-15 Ευαισθησία P r,min δέκτη Υπερφόρτωση P over δέκτη Οπτικός σηματοθορυβικός λόγος OSNR <-27dBm -9dBm 15-20dB