COURSE VI : DETEKTOR OPTIK SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK

Overview Materi Prinsip deteksi optic Karakteristik photodetector Syarat-syarat detector PIN (P Intrinsic N) APD (Avalanche Photodetector)

Detektor Optik/Photodetector Photodetektor berfungsi untuk mendeteksi cahaya yang datang dan mengubahnya ke besaran listrik. Persyaratan yang harus dimiliki oleh detektor optik : Mempunyai sensitivitas tinggi pada daerah operasi panjang gelombang Responnya cepat (dalam ns) Derau yang dihasilkan kecil. Tersedia cukup bandwidth untuk menyalurkan bit rate data yang diterima. Tidak sensitif terhadap perubahan suhu. Secara fisik kompatibel dengan dimensi kabel. Mempunyai waktu operasi yang lama. Ukurannya kecil

Rangkaian Photodioda Photodiode dioperasikan pada prategangan balik. Cahaya yang diterima akan diubah menjadi arus listrik, pada tahanan RL arus tersebut diubah menjadi besaran tegangan. Perbandingan arus yang dihasilkan photodetector terhadap daya optik yang diterima disebut sensitivitas optik (dinyatakan dalam A/W) Sensitivitas suatu photodetector sangat bergantung pada panjang gelombang operasi dan bahan photo detector.

Mekanisme Deteksi Cahaya Dilihat Dari Energi Elektron Bila foton yang datang ≥ band gap energy bahan semikonduktor, foton memberikan energinya dan membangkitkan elektron dari pita valensi dan pita konduksi. Proses ini membangkitkan pasangan elektron-hole bebas yang disebut photo carrier. Photo carrier ini dihasilkan pada daerah deplesi / active region. Medan listrik yang tinggi timbul di daerah deplesi ini akan menimbulkan arus. Arus ini disebut photo current (Ip).

Jenis-jenis Photodetector Dioda PIN (P Intrinsic N) Dioda APD (Avalanche Photo Diode)

Photodetector PIN Prinsip kerja dioda PIN : Mengubah energi optik (foton) yang diterima menjadi arus keluaran berdasarkan photo voltaic effect Memerlukan bias mundur (reverse bias)

Karakteristik Photodetector PIN Responsitivity (R) di mana : R adalah responsitivity (dalam A/W) Ip adalah arus photo detector P0 adalah daya optik diterima η adalah efisiensi kuantum e adalah muatan elektron h adalah konstanta Planck f adalah frekuensi

Karakteristik Photodetector PIN Efisiensi kuantum (η) Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan elektron-hole terhadap foton yang datang pada diode. Hubungan antara efisiensi kuantum dengan responsitivity dan panjang gelombang Catt. Pada umumnya η < 1 dimana : re adalah rate elektron yang dihasilkan (electrons/s) rp adalah rate foton yang datang pada diode (photons/s) dimana : R adalah responsitivity (dalam A/W) λ adalah panjang gelombang (dalam μm)

Karakteristik Photodetector PIN Kecepatan respon (rise time)  ditentukan oleh karakteristik rise time detektor tersebut Bandwidth adalah frekuensi maksimum yang dapat dideteksi oleh photodioda, dibatasi oleh waktu respon (rise time) Daya optik minimum (MRP : Minimum Required Power)  merupakan daya minimum diperlukan pada BER (Bit Error Rate) tertentu

Photodetector APD Prinsip kerja : APD bekerja pada reverse bias yang besar pada medan listrik yang tinggi terjadi avalanche effect yang menghasilkan impact ionization berantai dan terjadi multiplikasi avalanche sehingga terjadi penguatan atau multiplikasi arus. Multiplikasi M photodiode ditentukan oleh : M = IM/Ip di mana : IM adalah nilai rata-rata total arus output yang dimultiplikasi Ip adalah arus photo yang tidak dimultiplikasi

Photodetector APD Gain (M) meningkat jika diberikan tegangan dengan reverse bias : di mana : n adalah nilai konstan VBR adalah tegangan breakdown detektor (sekitar 20 – 500 V)

Karakteristik Photodetector APD Responsivity : RAPD = RPIN M di mana : M adalah faktor multiplikasi APD dan berharga antara 10 – 250. Panjang gelombang operasi : λ = 1,24/Eg(eV) μm

Karakteristik Photodetector Absorption Penyerapan foton di dalam photodioda menghasilkan photocurrent yang tergantung kepada koefisien absorpsi (o) cahaya di dalam semikonduktor device. Koefisien absorpsi tergantung pada panjang gelombang Daya yang diserap photodioda : dimana : Pabs adalah daya yang diserap Po adalah daya dari FO d adalah lebar dari active region o adalah koefisien absorpsi

Karakteristik Photodetector Absorption Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya optik yang diterima dari FO dimana : e adalah elektron r adalah koefisien pantulan Fresnel d adalah lebar dari active region o adalah koefisien absorpsi Hubungan antara Pabs, Po, dan η adalah :

Karakteristik Photodetector Absorption Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya optik yang diterima dari FO dimana : e adalah elektron r adalah koefisien pantulan Fresnel d adalah lebar dari active region o adalah koefisien absorpsi

Daerah Operasi Berbagai Tipe Sumber, Serat dan Detektor Optik

Petunjuk Pemilihan Komponen Link Optik

Contoh Soal Berapakah lebar daerah deplesi photodioda InGaAs yang dibutuhkan untuk mendapatkan efisiensi kuantum sebesar 70%? Diketahui o= 1 x 105 cm-1