Transcript Document 7467989

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 :
1.
Mempunyai sensitivitas tinggi pada daerah operasi panjang
gelombang
2.
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
3.
4.
5.
6.
7.
8.
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)
2. Dioda APD (Avalanche Photo Diode)
1.
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
a.
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
b. Efisiensi kuantum (η)
 Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan
elektron-hole terhadap foton yang datang pada diode.
r
 e
rp
dimana :
re adalah rate elektron yang dihasilkan (electrons/s)
rp adalah rate foton yang datang pada diode (photons/s)
 Hubungan antara efisiensi kuantum dengan responsitivity dan
panjang gelombang
dimana :
R adalah responsitivity (dalam A/W)
λ adalah panjang gelombang (dalam μm)
Catt. Pada umumnya η < 1
Karakteristik Photodetector PIN
c. 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)
d. 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 :
M
1
 Vd 

1  
 VBR 
n
di mana :
n adalah nilai konstan
VBR adalah tegangan breakdown detektor (sekitar 20 – 500 V)
Karakteristik Photodetector APD
a. Responsivity :
RAPD = RPIN M
di mana :
M adalah faktor multiplikasi APD dan berharga antara 10 – 250.
b. Panjang gelombang operasi :
λ = 1,24/Eg(eV) μm
Karakteristik Photodetector
1.
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 :
Pabs  Po 1  exp   o d 
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
Po e1  r 
1  exp   o d 
Ip 
hf
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 :
Pabs

Po
Karakteristik Photodetector
Absorption

Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya
optik yang diterima dari FO
Po e1  r 
1  exp   o d 
Ip 
hf
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
1.
Berapakah lebar daerah deplesi photodioda InGaAs yang
dibutuhkan untuk mendapatkan efisiensi kuantum
sebesar 70%? Diketahui o= 1 x 105 cm-1