Φώραση Οπτικών Σηµάτων



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

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

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

Τηλεπικονωνίες οπτικών ινών

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

Ασκήσεις για έκτες PIN και έκτες µε Οπτική Προενίσχυση

Ορθή πόλωση της επαφής p n

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

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

Ορθή πόλωση της επαφής p n

ΟΠΤΙΚΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Μάθημα 10o. φωτοφωρατές

ΜΑΘΗΜΑ: ΟΠΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ - ΙΟ ΟΙ LASER

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

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

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

/personalpages/papageorgas/ download/3/

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

ΕΝΕΡΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ. ιοδικά Laser. Οπτικοί Ενισχυτές ηµιαγωγού

Αρχές φωτοβολταϊκών διατάξεων

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ. Γ. Λευθεριώτης Επικ. καθηγητής

Οπτικοί Ενισχυτές. Ηµιαγώγιµοι. Ενισχυτές Ίνας µε προσµίξεις ιόντων Ερβίου

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

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

Συστήματα Μετάδοσης & ίκτυα Οπτικών Ινών

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

Ενισχυτές µε Ίνα Προσµίξεων Ερβίου

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΤΡΙΤΗΣ ΟΜΑ ΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ιδάσκων: Λευτέρης Λοιδωρίκης Π

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΕΛΕΓΧΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ

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

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

αγωγοί ηµιαγωγοί µονωτές Σχήµα 1

Δίοδοι εκπομπής φωτός Light Emitting Diodes

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

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

p - n επαφή και εκπομπή φωτονίων

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

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 2 JUT ΚΑΙ PUT

Q 40 th International Physics Olympiad, Merida, Mexico, July 2009

Θεωρητική Εξέταση. Τρίτη, 15 Ιουλίου /3

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΟΠΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

ΟΡΟΣΗΜΟ ΘΕΜΑ Δ. Δίνονται: η ταχύτητα του φωτός στο κενό c 0 = 3 10, η σταθερά του Planck J s και για το φορτίο του ηλεκτρονίου 1,6 10 C.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. 1-3 Κέρδος Τάσης του ιαφορικού Ενισχυτή µε FET s 8

Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου υναµικό

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ

Θέµατα που θα καλυφθούν

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 10: ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

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

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΣΤ' Εξάμηνο. 1ος ΤΡΟΠΟΣ ΛΥΣΗΣ

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 2

ÏÅÖÅ. Α. 3. Στις οπτικοηλεκτρονικές διατάξεις δεν ανήκει: α. η δίοδος laser β. το τρανζίστορ γ. η φωτοδίοδος δ. η δίοδος φωτοεκποµπής LED Μονάδες 5

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Σχήμα 1 Σχήμα 2 Σχήμα 3

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

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΙΚΡΟΚΥΜAΤΩΝ ΜΕ ΔΙΟΔΟ GUNN

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β )

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

Ημιαγωγοί. Ημιαγωγοί. Ενδογενείς εξωγενείς ημιαγωγοί. Ενδογενείς ημιαγωγοί Πυρίτιο. Δομή ενεργειακών ζωνών

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ. Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ (1ος Κύκλος) ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ Ηµεροµηνία: Κυριακή 19 Απριλίου 2015 ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες

ΦΩΤΟΝΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΕΝΕΡΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

Περιεχόμενο της άσκησης

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Βιοµηχανικά Ηλεκτρονικά (Industrial Electronics) Κ.Ι.Κυριακόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

2.9 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΩΝ Τρανζίστορ Διπολικής Επαφής (BJT) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΔΙΠΟΛΙΚΗΣ ΕΠΑΦΗΣ (BJT)...131

Ενισχυτές Μετρήσεων. 3.1 Ο διαφορικός Ενισχυτής

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

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

Επαφές μετάλλου ημιαγωγού

6. Τελεστικοί ενισχυτές

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Εργαστήριο Φυσικής IΙ. Μελέτη της απόδοσης φωτοβολταϊκού στοιχείου με χρήση υπολογιστή. 1. Σκοπός. 2. Σύντομο θεωρητικό μέρος

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

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

ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ηµιαγωγοί VLSI T echnol ogy ogy and Computer A r A chitecture Lab Γ Τσ ιατ α ο τ ύχ ύ α χ ς ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΑΘΕΡΑΣ ΤΟΥ PLANCK

K14 Αναλογικά Ηλεκτρονικά 5: Ειδικοί Τύποι Διόδων

Επαφή / ίοδος p- n. Σχήµα 1: Επαφή / ίοδος p-n

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

H επεξεργασία πληροφορίας απαιτεί ανίχνευση πληροφορίας

Bασική διάταξη τηλεπικοινωνιακού συστήµατος οπτικών ινών

Τ.Ε.Ι Λαμίας Τμήμα Ηλεκτρονικής

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

ΠΕΙΡΑΜΑ 8 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΟΥ ΦΩΤΟΚΥΤΤΑΡΟΥ

Γραµµικά και Μη Γραµµικά Συστήµατα Μετάδοσης

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ (ΚΥΚΛΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2002

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΗΜΙΑΓΩΓΙΚΗ ΙΟ ΟΣ 1

Σύνθετες Ασκήσεις για ιάδοση, ιασπορά και Αντιστάθµισή της

Η επαφή p n. Η επαφή p n. Υπενθύμιση: Ημιαγωγός τύπου n. Υπενθύμιση: Ημιαγωγός τύπου p

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΙΙ ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ: ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (ΜΕΡΟΣ Α) Ώρες Διδασκαλίας: Τρίτη 9:00 12:00. Αίθουσα: Υδραυλική

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

Αλλαγή της δομής των ταινιών λόγω κραματοποίησης

4. Παρατηρείστε το ίχνος ενός ηλεκτρονίου (click here to select an electron

ΠΗΓΕΣ ΦΩΤΟΣ. Φωτεινές πηγές µε βαση ηµιαγώγιµαυλικά. Αρχές ηµιαγώγιµων laser και LED:

ΥΛΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

Κεφάλαιο 3 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΗ στις ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΥΜΑ και ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ

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

Οπτικές Επικοινωνίες και. Οπτικά ίκτυα

Ενεργειακές στάθµεςονοµάζουµε τις επιτρεπόµενες τιµές ενέργειας Όταν το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην στιβάδα µε τη χαµηλότερη ενέργεια δηλ.

Transcript:

Φώραση Οπτικών Σηµάτων Η φώραση γίνεται στο µέρος του δέκτη. Οι δέκτες καθορίζονται από το είδος διαµόρφωσης Αποτελούνται από φωτοδίοδο και ακολουθούνται από ενισχυτική διάταξη και ένα κύκλωµα απόφασης. Μεταξύ των µεταβλητών που καθορίζουν την λαµβανόµενη ισχύ στο σηµείο απόφασης είναι: Η ισχύς εξόδου των Laser Η Εξασθένιση στην ίνα Απώλειες στους συνδετήρες και στις κολλήσεις Ο λόγος σβέσης Η απολαβή των ενισχυτών Η κβαντική απόδοση των φωτοφωρατών Είδη θορύβου και πολλαπλασιαµού θορύβου που επιβαρύνουν την φώραση: Θόρυβος ρεύµατος σκότους µέσα στην φωτοδίοδο Ενισχυµένη αυθόρµητη εκποµπή (ASE) Ενδοκαναλική ιαφωνία Θορύβος τρόπων διάδοσης Εύρος γραµµής Laser

Βασικοί τύποι δεκτών : έκτες Απευθείας φώρασης Χρησιµοποίηση µιας διόδου p-n σαν τετραγωνικού µηγραµµικού στοιχείου µε αποτέλεσµα όταν προσπέσει πάνω σε αυτό οπτική ισχύς να παράγει στην έξοδο τάση εξόδου ανάλογη µε την προσπίπτουσα ισχύ. Υπερτερόδυνους δέκτες Χρησιµοποίηση φωτοφωρατών ηµιαγωγού. Το σήµα εισόδου δέχεται µίξη από ένα τοπικό ταλαντωτή και στη συνέχεια ενισχύεται σε βαθµίδες των µεσαίων συχνοτήτων. Απαιτούν µεγάλη ακρίβεια της συχνότητας ταλάντωης των laser. Φωτοφωρατές ηµιαγωγού:! Επαφές τύπου pn! Επαφές τύπου p-i-n! Φωτοδίοδοι χιονοσταβάδας (Avalanche photodiodes, APD).

Βασική Θεωρία Φώρασης! Συστήµατα χωρίς µνήµη! Α priori Πιθανότητα εµφάνισης ή 0! Πυκνότητα πιθανότητας P(x) Στη διαδικασία της φώρασης ενδιαφερόµαστε για την συνδυασµένη πιθανότητα P(x,y), να έχει σταλεί x και να έχει ληφθεί y : P(x,y)=P(x)P(y x)=p(y)p(x y) ( y) ( 0 y) P P = P() P(0) P P ( y ) ( y 0) Το κύκλωµα απόφασης υπολογίζει τις πιθανότητες P( y) P(0 y) παρατηρώντας την λαµβανόµενη κυµατοµορφή n(t) εισόδου, και αποκρίνεται ότι πρόκειται για 0 αν R< και αν R>. Ορίζουµε ρυθµό σφάλµατος: BER = Pr ob(r > 0) + Pr ob(r < R : είναι ο λόγος P(y )/P(y 0) )

Ορίζουµε κατώφλι απόφασης θ το σηµείο όπου τα εµβαδά κάτω από την συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας δηλαδή οι πιθανότητες για ή 0 να είναι ίσα. Η πιθανότητα σφάλµατος ή αλλιώς ο ρυθµός ΒΕR: BER = v o P ' ' () v dv + P () v v o '0' dv P = P 0 = P ( y x) = exp πσ y m σ m : η µέση τιµή δηλαδή <y> σ η τυπική απόκλιση, σ =<y >-<y> Αν οι πιθανότητες δεν είναι ίσες το σηµείο τοµής προκύπτει από την συνθήκη: σ θ exp σ = σ ( θ m exp σ 0 0 )

Υποθέτοντας σ ªσ 0 έχουµε: m σ σ 0 m σ θ ln m σ 8 σ 0 Αντίστοιχη πιθανότητα σφάλµατος: P = erfc * θ m σ + erfc * θ σ 0 όπου erfc * η συνάρτηση σφάλµατος,ή συνάρτηση Q: erfc * + ζ (x) = exp π x dζ exp πx x Για σ 0 πσ η συνθήκη κατωφλίου θ: θ m Q σ 0 = Q 0 m θ σ Προσοχή η διασπορά σ ουσιαστικά υποδηλώνει τον θόρυβο του σήµατος. Εν γένει η ισχύς θορύβου για bit 0 είναι διαφορετική από του bit. Αντίστοιχο κατώφλι τάσης : θ = m 0 σ + m σ σ 0 + σ 0

m m 0 Ρυθµός σφαλµάτων : BER = Q = Q() γ σ 0 + σ γ : ~ SNR Μεταβολή κατά.5 db του SNR αντιστοιχεί σε βελτίωση 6 τάξεις µεγέθους του ρυθµού σφαλµάτων Βελτίωση του οπτικού SNR αντιστοιχεί σε διπλάσιο ισολογισµό στο ηλεκτρικό SNR. Κβαντικό Όριο και Ρυθµός Σφαλµάτων Για µήκος κύµατος.5 έχουµε: mw=7.5x0 5 φωτόνια ανά δευτερόλεπτο, γνωρίζοντας το ρυθµό µετάδοσης, Υπολογίζεται το πλήθος των φωτονίων ανά bit Κβαντικό όριο είναι ο ελάχιστος αριθµός φωτονίων που επιτρέπονται ανά bit για συγκεκριµένο ρυθµός

Χρησιµοποιώντας κατανοµή Poisson P(N) = N ( rt) exp( rt) N! r : µέσος ρυθµός άφιξης φωτονίων ανά δευτερόλεπτο Ν : αριθµός φωτονίων τη χρονική στιγµή Τ Ρυθµός σφαλµάτων : BER=(/)exp[-rT] Για BER = 0-9 => rt = 0 φωτόνια / bit Για BER = 0-5 => rt = 34 φωτόνια / bit Εσφαλµένη κατάσταση : Απουσία φωτονίου σε κατάσταση ή 0. Μη εσφαλµένη κατάσταση : Εκποµπή φωτονίου το οποίο όνως εξασθενεί. Στον Iδεώδη δέκτη ισχύει ηλεκτρόνιο ~ φωτόνιο

Φυσικές Ιδιότητες Φωτοφωρατών Φωτοδίοδος PN. (A) επαφή ανοικτού κυκλώµατος, (B) ιάγραµµα ενεργειακών καταστάσεων (C) Εφαρµόγή ανάστροφης πόλωσης

Βασικές Αρχές Λειτουγίας Φωτοδιόδων! Στην επαφή pn οι στάθµες Fermi ευθυγραµµίζονται.! Οι φορείς διαχέονται και εξισώσουν τις πυκνότητες τους! Στην διεπιφάνεια περιοχή απογύµνωσης αναπτύσσεται φράγµα δυναµικού που απαγορεύει την περαιτέρω κίνηση των φορέων.! Η εφαρµογή ανάστροφης πόλωσης αυξάνει την περιοχή απογύµνωσης! Το προσπίπτει φωτόνιο συχνότητας f=e διακένου /h προσφέρει ενέργεια για την δηµιουργία ενός ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής.! Το εξωτερικό πεδίο επιταχύνει τους φορείς στα άκρα και δηµιουργείται ροή ηλεκτρονίων.! Η συµπεριφορά της διάταξης είναι τετραγωνική mwatts => mamperes. Αποκρισιµότητα φωτοφωρατή: R = I P ph = η q hf P : Προσπίπτουσα φωτεινή ισχύς Ι ph : Φωτοπαραγόµενο ρεύµα η : είναι η κβαντική απόδοση η = ηλεκτρόνια που παράγονται αριθµός προσπίπτοντων φωτονίων

Αύξηση κβαντικής απόδοσης : ) Πλήρης απορρόφηση στη περιοχή της απογύµνωσης, αποφεύγοντας τις επανασυνδέσεις του ζεύγους ηλεκτρονίου-οπής µετά από το χρόνο ζωής τ n και τ p αντί ) Ελαχιστοποίηση ανακλαστικότητας επιφάνειας που φωτίζεται Αύξηση της ανάστροφης τάσης που µεγαλώνει την περιοχή απογύµνωσης αποµακρύνον τας τους φορείς. 3) ιαφανής περιοχή p στα φωτόνια Κατασκευή ηµιαγωγού p αρκετά λεπτού Φωτισµός από το πλάι 4) Κατάλληλη επιλογή υλικού υψηλού συντελεστή απορρόφησης στο µήκος κύµατος λειτουργίας Κβαντική Απόδοση : η = ( R) exp( α() λ x )[ exp( α() λ (x )] x

Παράδειγµα φωτοδιόδου µε φωτισµό από το πλάι p + (x ) : πάχος του τµήµατος p (x -x ) : περιοχής απογύµνωσης α : απορρόφηση (~ λ)

οµές και απόκριση Φωτοδιόδων p-n, p-i-n Συντελεστής απορρόφησης για τα πιο διαδεδοµένα φωτοδιόδων Si, Ge, GaAs, In y Ga -y As x P -x. υλικά Ρεύµα σκότους Ι s αναπτύσσεται απουσία ακτινοβολίας, έχει αντίθετη φορά και οφείλεται στη δηµιουργία επιφανειακών ρευµάτων από τη τάση ανάστροφης πόλωσης, και στη διάχυση φορέων από τα τµήµατα p,n στη περιοχή απογύµνωσης.

Τυπική δοµή pn φωτοδιόδου Φαίνεται η ένταση πεδίου Ε στις περιοχές απογύµνωσης (depletion) και διάχυσης (diffusion). Τυπική δοµή φωτοδιόδου p-i-n. (a) (b) Πρόσπτωση από µπροστά και Πρόσπτωση από το πλάι

i : είναι ένας ενδογενής ηµιαγωγός που προστίθεται για την διεύρυνση της περιοχής απογύµνωσης Η πρόσπτωση από το πλάι τεχνικά συνεπάγεται λεπτότερο τµήµα ηµιαγωγού p µεγαλύτερη απορρόφηση Ο ηµιαγωγός τύπου p έχει µεγαλύτερο ενεργειακό διάκενο από το απαιτούµενο. Κατανοµή πεδίων σε φωτοδίοδο p-i-n. (A) οµή. (B) Πυκνότητα φορτίου και (C) Ένταση ηλεκτρικού πεδίου

InGaAs p-i-n φωτοδίοδος (a) οµή και (b) ιάγραµµα ενεργειακών καταστάσεων! Το επίπεδο n-ingaas είναι ο ενδογενής ηµιαγωγός! Το επίπεδο n-inp τοποθετείται για να ταιριάξουν τα πλέγµατα των εκατέρωθεν επιπέδων (δηµιουργούν ασυνέχεια)

Φωτοδίοδος InGaAs ετεροπαφής µε p + -InGaAsP (Schottky barrier) : Στην διεπιφάνεια n - p + -InGaAs/InGaAsP (ασυνέχεια) παγιδεύονται οι φορείς µε αντίστοιχη µείωση της χρονικής απόκρισης.

Θόρυβος Στις Φωτοδιόδους p-i-n Θερµικός θόρυβος ή θόρυβος Johnson I th Στο ωµικό µέρος της αντίστασης εισόδου οποιουδήποτε ηλεκτρικού ενισχυτικού κυκλώµατος ακολουθεί το φωτοφωρατή, Θόρυβος σκότους I dk Θόρυβος ηλεκτρονικού ενισχυτή I ampl, Θόρυβος βολής I sh που οφείλεται σε θερµική γέννεση ζεύγους φορέων στην περιοχή απογύµνωσης απουσία φωτός, που προκύπτει στο εσωτερικό της ενισχυτικής βαθµίδας που ακολουθεί συνήθως το φωτοφωρατή που πρόκειται για ενδογενή κβαντικό θόρυβο του ίδιου του οπτικού σήµατος, µετά την εξοµάλυνση του από την απόκριση στοιχείων πεπερασµένου εύρους ζώνης όπως η φωτοδίοδος και η ή β θ ίδ

SNR : SNR = I I sig noise = I sh + I th I + sig I dk + I ampl Το φωτοπαραγόµενο ρεύµα είναι: ηqp I sig = = hf RP Θόρυβος βολής : <Ι sh >=σ sh =qi sig B Ρεύµα σκότους : <Ι dk >=σ dk =qi dk B Για την περιγραφή του θορύβου χρησιµοποιούµε την ισχύς ισοδύναµου θορύβου, NEP : NEP = Po Αντίστοιχος ρυθµός σφάλµατος : = hc ηλ BER = Q σ th + I sig σ th + σ sh

Υποθέσεις που έγιναν :! Στο δέκτη όταν ληφθεί ένα δυαδικό 0, η διακύµανσηθόρυβος οφείλεται αποκλειστικά στο θερµικό θόρυβο δηλαδή σ 0 =σ th! Όταν ληφθεί ένα δυαδικό η µέση τιµή είναι m =I sig! Η διακύµανση είναι το άθροισµα των διακυµάνσεων του θορύβου βολής και του θερµικού θορύβου! Οι δύο αυτές τυχαίες φυσικές διαδικασίες είναι στατιστικά ανεξάρτητες, µηδενικής µέσης τιµής.! Η διακύµανση για το είναι µεγαλύτερη από ότι για το 0 : σ =(σ ο +σ sh ) / Φωτοδίοδοι Χιονοστιβάδας

(Avalanche Photodiodes, APD) Βασική Λειτουργία : Ιονισµός σύγκρουσης Τα ηλεκτρόνια που γεννιούνται από τα προσπίπτοντα φωτόνια αποκτούν λόγω της τάσης τόσο µεγάλη κινητική ενέργεια ώστε κατά τη σύγκρουσή τους µε άτοµα του κρυσταλλικού πλέγµατος του ηµιαγωγού αποσπούν ηλεκτρόνια της ζώνης σθένους µετακινώντας τα στη ζώνη αγωγιµότητας, οπότε έχουµε περισσότερα από ένα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Το φαινόµενο συνεχίζεται και παράγονται νέα ζεύγη ηλεκτρονίων οπότε και η διαδικασία παίρνει την µορφή χιονοστιβάδας. Απαιτείται µεγαλύτερη τάση, πάνω από µια κρίσιµη τιµή κατάρευσης V break Παράγεται πολύ περισσότερο ρεύµα από την ίδια δεδοµένη φωτεινή στάθµη. Η τάση που απαιτείται είναι αρκετές δεκάδες volt σχετικά µε τα λίγα volt που χρειάζεται µια απλή pn φωτοδίοδος. Παραγόµενο ρεύµα : I M (t)=rpm(t) Μ(t) : η απολαβή της APD φωτοδιόδου ~ ο αριθµός των φορέων που παράγεται από ένα απλό προσπίπτον φωτόνιο

Παράγοντας θορύβου F : M ( M ) F = M(t) δείχνει κατά πόσο το φαινόµενο της χιονοστιβάδας γίνεται µε τυχαίο τρόπο <Μ n > : M = M= p(m)m p(m) : πιθανότητα να δηµιουργηθούν Μ δευτερογενή φορτία. n οµή φωτοδιόδου χιονοστιβάδας Κατανοµή ηλεκτρικού πεδίου (Α) οµή στρωµάτωσης n + p-π-p +, (B) Κατανοµή πυκνότητας φορτίου, (C) Ένταση ηλεκτρικού πεδίου.

Το ηλεκτρόνιο στη περιοχή υψηλού πεδίου επιταχύνεται και προκαλεί ιονισµό σύγκρουσης Η εκκίνηση της διαδικασίας ιονισµού πρέπει να κυριαρχείται µόνο από το ένα είδος των φορέων Η απολαβή Μ είναι : M=exp(α L) L : το µήκος της περιοχής υψηλού πεδίου Ε. α : Ο συντελεστής απορρόφησης την αποδοτικότητα του φορέα για ιονισµό σύγκρουσης. α h : συντελεστές απορρόφησης για τις οπές α e : συντελεστές απορρόφησης για τα ηλεκτρόνια Παράγοντας θορύβου : F M ( κ) ( M ) = M Όπου κ= α e /α h αν η διαδικασία ξεκινά από τα e - ή κ= α h /α e αν η διαδικασία ξεκινά από τις p + Υλικά και οµές Φωτοδιόδων Χιονοστιβάδας

Τα στρώµατα µιας APD φωτοδιόδου χαρακτηρίζονται ως p + - π-p-n. Οι φωτοδίοδοι που χρησιµοποιούνται είναι κατασκευασµένοι από από InGaAsP πάνω σε υπόστρωµα InP : APD φωτοδίοδος τύπου SAGM :

Τα στρώµατα InGaAsP προστίθεται για την εξοµάλυνση της ενεργειακής ασυνέχειας ηµιουργούνται φράγµατα ετεροπαφών, για την αύξηση του κέρδους-εύρους ζώνης. Οι φωτοδιόδοι SAGM APD, έχουν εύρος ζώνης λειτουργίας πάνω από 5Ghz και γινόµενο κέρδους-εύρους ζώνης 70 Ghz. Σήµερα χρησιµοποιούνται Φωτοδίοδοι MQW APD συνεχόµενων κβαντικών φρεάτων µε εναλλάξ µικρά και µεγάλα ενεργειακά διάκενα.

Ενεργειακές ζώνες πριν (a) και µετά (b) την εφαρµογή εξωτερικού πεδίου