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1 20130415 dispoptic 2013 Resumo da aula passada.

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1 dispoptic 2013 Resumo da aula passada

2 Diagrama de cromaticidade Comparação de eficiência de diferentes fontes Diversos efeitos na interação de fótons com átomos Outras fontes 2 dispoptic 2013 OLED Diodo laser, cavidade horizontal, cavidade vertical, homo-heterojunção. Outras fontes de luz: relâmpago? Arco, sincrotron, fonte radioativa

3 Interpretação do diagrama de cromaticidade CIE 3dispoptic 2013 Diagrama que caracteriza as cores por um parâmetro Y de Luminância e duas coordenadas de cores x e y que especifica o ponto no diagrama de cromaticidade. Color nameRedGreenBlue Red Pink Reddish orange Orange pink Orange Yellowish orange Yellow Greenish yellow Yellow green Yellowish green Green Bluish green Bluegreen Greenish blue Blue Purplish blue Bluish purple Purple Reddish purple Purplish pink Red purple Purplish red White255

4 Artigo + Eficiencia APRIL 30, The cool white XLamp XP-G provides 139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA. 4dispoptic 2013

5 5 LED dispoptic 2013

6 6 Eficiência APRIL 30, ss_detail.asp?i= ss_detail.asp?i= The cool white XLamp XP-G provides 139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA. ======================= ports/9C8406DD-0BD1-8F11- AFA619E5A82A1358 Published March The DOE projects that common LEDs will reach efficacy ratings approaching 150 LPW by the year As of this writing, efficacy ratings for SSL-LEDs have now surpassed Energy Star rated fluorescents and General Electric has announced a prototype LED with an efficacy exceeding 160 LPW. ======================= February 3, 2010 Cree reported efficacy record of 208 lumens per watt for a white power LED

7 Entretanto o Led avança em outras áreas Comercialização do Led comum está estabilizado Fabricação e comercialização de Led para iluminação está aumentando. dispoptic 20137

8 Sabiam que... A partir de 1/1/2012 serão proibidas a fabricação de lâmpadas de tungstênio de 100W? A partir de 1/1/2013 serão proibidas a fabricação de lâmpadas de tungstênio de 75W? 8

9 dispoptic 2013 E o futuro? 9

10 10 Aula de hoje Dispositivos detectores ópticos dispoptic 2013

11 11 Sistema de comunicações ópticas dispoptic 2013

12 12 Diagrama funcional de um receptor dispoptic 2013

13 13 Dispositivos detectores de luz Geral Figuras de mérito num detector Fotomultiplicadora PMT Fotodiodos: PIN, APD Outros dispoptic 2013

14 14 Algumas considerações dispoptic 2013 Historicamente: tubo a gás, tubo a vácuo, térmico e vários dispositivos semicondutores Vantagens – desvantagens Que parâmetros são recomendáveis para observar na escolha de um detector: –Faixa espectral –Intensidade –Tempo de resposta –Condições ambientais –Custo

15 dispoptic Curva de atenuação espectral

16 16 Tipos de detectores Fotônicos Fotoemissão Fotocondutividade Fotovoltaico Filme fotográfico Térmicos Abs de fótons gera bolômetro Termopilha Piroelétrico Geralmente lentos, com exceção do piroelétrico Resposta uniforme em toda a faixa espectral dispoptic 2013

17 17 Definições e Figuras de mérito R = Responsividade = Constante de tempo NEP = Noise Equivalent Power D * = Detectividade Qual é o mínimo de luz que o detector permite acusar o ruído? Que sinal será obtido por unidade de irradiança? Como o sinal do detector muda com ? Qual é a freqüência de modulação que o detector pode responder? dispoptic 2013

18 Responsividade R : A principal função de um detector de radiação é converter a radiação eletromagnética em corrente ou tensão elétrica. O termo responsividade é usado para descrever a amplitude do sinal elétrico gerado com respeito ao fluxo de radiação eletromagnética incidente. A responsividade pode ser determinada por: onde: V saída é a tensão de saída do detector [V]; Φ incidente é o fluxo da radiação eletromagnética incidente [Watts]; E(λ,f) é a irradiância [W/cm 2 ]; A d é a área do detector [cm 2 ]; Ao invés de voltagem de saída pode ser também corrente de saída [A/W] 18 Definições - Responsividade R

19 19 Definições – Constante de tempo c Constante de Tempo c : Se a saída de um detector muda exponencialmente com o tempo, o tempo requerido para que mude desde seu valor inicial por uma fração [1-exp(-t/ c )] para t= c do valor final é denominado constante de tempo dispoptic 2013 e = 2, E nunca termina e -1 = 0, e -1 = 0, e = 2, E nunca termina e -1 = 0, e -1 = 0,

20 20 Definições – NEP (Noise Equivalent Power) dispoptic 2013 NEP (potência equivalente de ruído). A sensibilidade de um detector pode ser especificada pelo seu NEP, um parâmetro definido como a potencia radiante incidente sobre o detector que produz um sinal igual à raiz quadrática media (rms) do ruído do detector. Podemos considerar a relação com a responsividade: NEP = V N / R P NEP = I N / R I Lembrar: Onde V N e I N são voltagem e corrente do ruído, das respectivas responsividades R do detector. Como a responsividade depende do comprimento de onda também o NEP depende.

21 21 NEP = Noise Equivalent Power NEP = valor rms da potência modulada senoidalmente que incide sobre o detector o qual oferece uma voltagem do sinal rms igual à voltagem de ruído rms do detector. Especificada normalmente em termos de uma fonte de Rad. de Corpo 500K Largura de banda de referência para detecção do sinal e ruído de 1 ou 5 Hz Freq. de mod. da rad.: geralmente 90, 400, 800 ou 900 Hz. e.g. NEP(500K,900,1), significa uma fonte de rad corpo 500K, freq. de modulação de 900 Hz, e largura de banda de detecção de 1 Hz Unidades de NEP [W Hz -1/2 ] I = intensidade radiante que incide no detector [W m -2 ] A = área sensitiva do detector [m 2 ] V s = voltagem do sinal medida com f [Hz] V n = voltagem do ruído medido com f [Hz] Então: dispoptic 2013

22 22 Alguns valores NEP dispoptic 2013

23 23 D* = Detectivity dispoptic 2013 D* antigamente definido como 1/NEP Porém muitos detectores atuais exibem um NEP proporcional à raiz quadrada da área do detector Especificações tb condicionadas na NEP e.g. D*(500 K,900,1) Para especificar a dependência do detector com é usada a notação D,900,1 Unidades de D* [Hz 1/2 W -1 ]

24 24 Alguns valores de D* dispoptic 2013 BLIP = Background Limited Performance

25 25 A resposta R de um detector especifica sua resposta à unidade de irradiança R = Resposta (responsividade) Onde V s = voltagem sinal I = densidade de potência A = área do detector dispoptic 2013 Outra notação para a responsividade R em termos da corrente de saída do detector e utilizada para caracterizar detectores fotoemissivos é a sensitividade radiante S, que é a corrente por unidade de área da superfície fotoemissiva produzida por uma unidade de irradiança I s é a corrente total do detector e P é a potência radiante incidente.

26 26 Alguns valores de D* e R - InGaAs Para diferentes cutoff dispoptic 2013

27 27 Judson – InGaAs e Ge InGaAs em diferentes cutoff Ge dispoptic 2013

28 28 Algumas curvas de resposta espectral e sensibilidade radiante dispoptic 2013

29 29 Resposta de freqüência e constante de tempo A resposta de freqüência de um detector é definida pela variação da resposta R ou sensibilidade radiante em função da freqüência de modulação da radiação incidente. A variação em freqüência da resposta R e a constante de tempo estão geralmente relacionadas a través da equação: Curva típica da dependência da resposta com a freqüência de um detector dispoptic 2013

30 30 Ruído A flutuação randômica na voltagem de saída ou corrente de um detector estabelece um limite inferior à potencia radiante que pode ser detectada, dentro das condições de operacionabilidade (temperatura, freqüência de modulação e largura de banda) dispoptic 2013

31 31 Ruído de fótons –Tb denominado shot noise ou ruído quântico, estatística de Poisson. Ruído de fotoeletrons –Processo de fotodetecção randômico Fontes de ruído no detector (receptor) Ruído de ganho –eg. Processos de ganho em APDs e EDFAs gera ruído. Ruído no circuito receptor –Resistores e transistores no amplificador contribuem ao ruído do circuito. dispoptic 2013 PD sem ganhoPD com ganho (APD)

32 dispoptic Ruído Frequency Noise Power Frequency Noise Power Frequency Noise Power 1/f noise FcFc Ruído Johnson (Gaussiano e branco) Shot noise (Gaussiano e branco) Ruído 1/f

33 33 Eficiência quântica Correspondência direta entre # de fótons absorvidos e # de portadores de carga gerados que são subseqüentemente usados no circuito elétrico dispoptic 2013

34 Próxima aula continuação sobre detectores e demonstrações dispoptic


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