Download - Foto Detektor OPTIK
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
1/44
PENERIMA OPTIK
OPTICAL RECEIVER
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
2/44
Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik
DriveCircuit
Sumber Cahaya
OpticalRX
OpticalTx
Electronic
Detektor cahaya
prosesor
Sinyal
inputelektrik
Transmitter
Receiver
Regenerator
Ke perangkat lain
Amplifier
Sinyal
Output elektrik
coupler
splice
connector Serat
optik
Optical amplifier
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
3/44
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
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
4/44
Foto Detektor yg ada
• Photomultiplier (photocathode + multiplier
dlm vacum tube)
• Pyroelectric detector (konversi photon ke
panas konstanta dielektrik)
• Semiconductor-based photoconductor (pin
dan APD) cocok u fiber optik.
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
5/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
6/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
7/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
8/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
9/44
Rekombinasi Elektron dan Hole
• Carrier bermuatanmengalir melaluimaterial, beberapapasangan elektron-
hole berekombinasidan hilang.
• Elektron bergeraksejauh Ln sedanghole bergerak
sejauh Lp. Jarak tsbdisebut panjangdifusi.
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
10/44
Daya Optik Yang Diserap
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
11/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
12/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
13/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
14/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
15/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
16/44
Efek Avalanche
• Mekanisme pelipatgandaan
elektron/hole disebut impact
ionization.
• Carrier baru yg dibangkitkan juga
dipercepat oleh kuat medan listrik ,
shg menguatkan energi utk impact
ionization selanjutnya.
• Phenomena tsb disebut efek
avalanche.
• Dibawah tegangan breakdown
jumlah carrier yg dibangkitkantertentu, sedangkan diatas tegangan
breakdown carrier yg dibangkitkan
dpt tak terbatas.
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
17/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
18/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
19/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
20/44
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 utk
membangkitkan sinyal besar.
(b) Noise foto detektor dan penguat harus sekecil mungkin.
• Sensitivitas foto detektor : daya optis minimal yg dpt dideteksi.
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
21/44
Sumber Noise
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
22/44
Perbandingan Sinyal thd Noise
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
23/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
24/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
25/44
Contoh
• Dioda foto pin GaAs memiliki parameter pd panj
gel 1300 nm : ID = 4 nA, η = 0,65, RL = 1000 Ohmdan 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
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
26/44
Respon Waktu Detektor
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
27/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
28/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
29/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
30/44
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
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
31/44
Pengaruh Suhu pd Penguatan APD
Mekanisme penguatan APD sangat sensitif thd suhu krn
ketergantungan 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 detektor
IM : arus foto multiplied RM : tahanan seri foto dioda dan beban detektor
a, b : konstanta, positip utk RAPD dan ditentukan dr grafik percobaan penguatan thd
suhu.
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
32/44
Pengaruh suhu terhadap penguatan APD silikon pd 825 nm
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
33/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
34/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
35/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
36/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
37/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
38/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
39/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
40/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
41/44
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
42/44
Quantum Limit
• Shg utk Pr(0) tertentu, terdapat energi minimal yg dibutuhkan pd panjanggel tertentu.
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
43/44
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 suatubatasan minimum dari S/N dalam hubungan telekomunikasi untuk dapatmemuaskan konsumen pemakai jasa telekomunikasi. Standar S/N untuk SistemKomunikasi Serat Optik adalah 21,5 dB (BER = 10-19) (Freeman: 1998).
-
8/15/2019 Foto Detektor OPTIK
44/44
Contoh