PENERIMA OPTIK

•Pyroelectric detector (konversi photon ke panas konstanta dielektrik) •Semiconductor-based photoconductor (pin dan APD) cocok u fiber optik. Model Pi...

0 downloads 117 Views 2MB Size
PENERIMA OPTIK OPTICAL RECEIVER

Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik Transmitter Sinyal input elektrik

Drive Circuit

splice

Sumber Cahaya

connector Regenerator

Serat optik coupler

Optical RX Electronic Optical Tx

Ke perangkat lain Receiver

Optical amplifier Detektor cahaya

prosesor Amplifier

Sinyal Output elektrik

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 ke panas  konstanta dielektrik)

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

Model Pita Energi • Photon datang memiliki energi ≥ energi band-gap photon akan memberikan energinya dan membangkitkan elektron dr pita valensi ke pita konduksi di depletion region  photocarrier.

Rekombinasi Elektron dan Hole • Carrier bermuatan mengalir melalui material, beberapa pasangan elektronhole berekombinasi dan hilang. • Elektron bergerak sejauh Ln sedang hole bergerak sejauh Lp. Jarak tsb disebut panjang difusi.

Daya Optik Yang Diserap

Avalanche Photodiode • APD secara internal melipat gandakan arus foto sinyal primer sebelum memasuki sirkit penguat  meningkatkan sensitifitas penerima.

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 dibangkitkan tertentu, sedangkan diatas tegangan breakdown carrier yg dibangkitkan dpt tak terbatas.

Noise Foto Detektor

• Sumber noise di penerima meningkat dr noise foto detektor akibat dr sifat alami proses konversi photon-elektron dan noise termal di sirkit 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.

Sumber Noise

Perbandingan Sinyal thd Noise

Contoh • Dioda foto pin GaAs memiliki parameter pd panj gel 1300 nm : ID = 4 nA, η = 0,65, RL = 1000 Ohm dan IL diabaikan. Daya optis datang 300 nW, lebar pita 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 krn ketergantungan laju ionisasi elektron dan hole. Ketergantungan tsb sangat 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.

Pengaruh suhu terhadap penguatan APD silikon pd 825 nm

Quantum Limit

• Shg utk Pr(0) tertentu, terdapat energi minimal yg dibutuhkan pd panjang gel 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