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# Resumo da aula passada 20130415 dispoptic 2013.

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Resumo da aula passada dispoptic 2013

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

Interpretação do diagrama de cromaticidade CIE
Color name Red Green Blue 191 27 75 Pink 245 220 208 Reddish orange 216 119 51 Orange pink 240 204 162 Orange 228 184 29 Yellowish orange 231 224 Yellow 234 94 Greenish yellow 235 233 Yellow green 185 214 4 Yellowish green 170 209 60 163 71 Bluish green 24 121 Bluegreen 95 164 190 Greenish blue 110 175 199 92 138 202 Purplish blue 88 Bluish purple 102 177 Purple 246 85 158 Reddish purple 196 64 143 Purplish pink 243 219 Red purple 35 132 Purplish red 65 136 White 255 Hyperphysics Georgia State University The CIE system characterizes colors by a luminance parameter Y and two color coordinates x and y which specify the point on the chromaticity diagram. This system offers more precision in color measurement than do the Munsell and Ostwald systems because the parameters are based on the spectral power distribution (SPD) of the light emitted from a colored object and are factored by sensitivity curves which have been measured for the human eye. Based on the fact that the human eye has three different types of color sensitive cones, the response of the eye is best described in terms of three "tristimulus values". However, once this is accomplished, it is found that any color can be expressed in terms of the two color coordinates x and y. The colors which can be matched by combining a given set of three primary colors (such as the blue, green,a nd red of a color television screen) are represented on the chromaticity diagram by a triangle joining the coordinates for the three colors. 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. dispoptic 2013

Artigo + Eficiencia APRIL 30, 2009 The cool white XLamp XP-G provides 139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA. dispoptic 2013

LED dispoptic 2013

Eficiência APRIL 30, 2009 The cool white XLamp XP-G provides 139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA. ======================= 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, Cree reported efficacy record of 208 lumens per watt for a white power LED For light emitting diodes (and of, course, for Laser diodes even more so), efficiency is of supreme importance. How much light can you get for 1 W of electrical power that goes in the device Much progress has been made, and more will have to be made for light bulb replacement. The figure below illustrates that    The record holder, the inverted pyramid LED, is described in some detail in the link. The Most Efficient LEDs and where to get them! dispoptic 2013

Entretanto o Led avança em outras áreas
Comercialização do Led comum está estabilizado Fabricação e comercialização de Led para iluminação está aumentando. dispoptic 2013

E o futuro? CFL = Compact fluorescent lamp dispoptic 2013

Dispositivos detectores ópticos
Aula de hoje Dispositivos detectores ópticos dispoptic 2013

Sistema de comunicações ópticas
dispoptic 2013

Diagrama funcional de um receptor
Buffer = amortecedor? Tampão? dispoptic 2013

Dispositivos detectores de luz
Geral Figuras de mérito num detector Fotomultiplicadora PMT Fotodiodos: PIN, APD Outros P-type Intrinsic N-type (PIN) Avalanche Photodiode (APD) dispoptic 2013

Algumas considerações
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 dispoptic 2013

Curva de atenuação espectral
Espalhamento Rayleigh = com partículas muito pequenas, menor que o lamda Espalhamento MIE = lamda maior que o tamanho das partículas dispoptic 2013

Tipos de detectores Fotônicos Térmicos Fotoemissão
Fotocondutividade Fotovoltaico Filme fotográfico Térmicos Abs de fótons gera DT (bolômetro) Termopilha Piroelétrico Geralmente lentos, com exceção do piroelétrico Resposta uniforme em toda a faixa espectral A bolometer is a device for measuring incident electromagnetic radiation. It was invented in 1878 by the American astronomer Samuel Pierpont Langley. It consists of an "absorber" connected to a heat sink (area of constant temperature) through an insulating link. The result is that any radiation absorbed by the absorber raises its temperature above that of the heat sink—the higher the power absorbed, the higher the temperature will be. A thermometer of some kind, attached to the absorber, is used to measure the temperature, from which the absorbed power can be calculated. In some designs the thermometer is also the absorber; in others the absorber and thermometer are separate; this is known as "composite design". While bolometers can be used to measure radiation of any frequency, for most wavelength ranges there are other methods of detection that are more sensitive. However, for sub-millimetre wavelengths (from around 200 µm to 1 mm wavelength), the bolometer is the most sensitive type of detector for any measurement over more than a very narrow wavelength range. Bolometers are therefore used for astronomy at these wavelengths. However, to achieve the best sensitivity, they must be cooled down to a fraction of a degree above absolute zero (typically from 50 millikelvins to 300 mK); this makes their operation technically somewhat challenging. The term bolometer is also used in high-energy physics (particle physics) to designate an unconventional particle detector. They use the same principle described above. The bolometers are sensitive not only to light but to every form of energy. dispoptic 2013

Definições e Figuras de mérito
R = Responsividade t = 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 l? Qual é a freqüência de modulação que o detector pode responder? Noise-equivalent power Noise-equivalent power (NEP) is the radiant power that produces a signal-to-noise ratio of unity at the output of a given optical detector at a given data-signaling rate or modulation frequency, operating wavelength, and effective noise bandwidth. Note 1: Some manufacturers and authors define NEP as the minimum detectable power per square root bandwidth. When defined this way, NEP has the units of watts per (hertz)1/2. Therefore, the term is a misnomer, because the units of power are watts. Note 2: Some manufacturers define NEP as the radiant power that produces a signal-to-dark-current noise ratio of unity. The NEP measurement is valid only if the dark-current noise dominates the noise level. This article contains material from the Federal Standard 1037C (in support of MIL-STD-188), which, as a work of the United States Government, is in the public domain dispoptic 2013

Definições - Responsividade R

Definições – Constante de tempo tc
Constante de Tempo tc: 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/tc)] para t=tc do valor final é denominado constante de tempo e = 2, E nunca termina e-1 = 0, 1- e-1 = 0, dispoptic 2013

Definições – NEP (Noise Equivalent Power)
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 = VN/RP NEP = IN/RI Lembrar: Onde VN e IN são voltagem e corrente do ruído, das respectivas responsividades R do detector. Como a responsividade depende do comprimento de onda também o NEP depende. dispoptic 2013

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 [m2] Vs = voltagem do sinal medida com Df [Hz] Vn = voltagem do ruído medido com Df [Hz] Então: Noise Equivalent Power (NEP) In many design applications, the designer needs to know the minimum detectable light (power) of the photodiode. The minimum incident power required on a photdiode to generate a photocurrent equal to the total photodiode noise current is defined as the noise equivalent power, or NEP. noise equivalent power (NEP): At a given data-signaling rate or modulation frequency, operating wavelength, and effective noise bandwidth, the radiant power that produces a signal-to-noise ratio of unity at the output of a given optical detector. Note 1: Some manufacturers and authors define NEP as the minimum detectable power per square root bandwidth. When defined this way, NEP has the units of watts per (hertz)1/2. Therefore, the term is a misnomer, because the units of power are watts. Note 2: Some manufacturers define NEP as the radiant power that produces a signal-to-dark-current noise ratio of unity. The NEP measurement is valid only if the dark-current noise dominates the noise level. dispoptic 2013

Alguns valores NEP dispoptic 2013

D* = Detectivity 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 l, é usada a notação D*(l,900,1) Unidades de D* [Hz1/2 W-1] Ver slide anteriores em NEP para definições de D* Fonte de radiação de corpo negro de 500K, modulado a 900Hz, com largura de banda de detecção de 1Hz dispoptic 2013

Alguns valores de D* BLIP = Background Limited Performance
The ultimate in detector performance is achieved when the noise generated by the system background flux is larger than any thermally generated noise within the detector. The detector is then said to exhibit background limited performance (BLIP). For an incident background flux, fB photons/cm2/s, the photon generated density of carriers is nf = hafBt/t, where ha is the absorption quantum efficiency, t is the lifetime of the relevant carrier, and t is the detector thickness. Thus, BLIP is achieved when hafBt/t > nth. Rearranging, we have for the BLIP requirement dispoptic 2013

R = Resposta (responsividade)

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

InGaAs em diferentes “cutoff”
Judson – InGaAs e Ge InGaAs em diferentes “cutoff” Ge dispoptic 2013

Algumas curvas de resposta espectral e sensibilidade radiante
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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 t estão geralmente relacionadas a través da equação: Curva típica da dependência da resposta com a freqüência de um detector dispoptic 2013

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

Fontes de ruído no detector (receptor)
Ruído de fótons Tb denominado “shot noise” ou ruído quântico, estatística de Poisson. Ruído de fotoeletrons Processo de fotodetecção randômico Ruído de ganho eg. Processos de ganho em APD’s e EDFA’s gera ruído. Ruído no circuito receptor Resistores e transistores no amplificador contribuem ao ruído do circuito. PD sem ganho PD com ganho (APD) Compact Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) The compact low-cost EDFA is a small form factor module with a cooler-less pump laser that offers economical amplification for a wide range of applications. It is designed to amplify from one to eight channels with 100 GHz or 50 GHz ITU-T grid in the C-band. This module is ideal for today’s highly dynamic networks and cost sensitive market. A standard 6-pin electrical connector (HIROSE DF11-6DP-2DSA) allows for easy electrical connectivity. A standard RS232 or I^2C electrical interface is provided for full functional EDFA. Like all Lightwaves2020's products, the EDFA is Telcordia compliant. Erbium-Doped Optical Fiber Amplifier (EDFA) Erbium-Doped Optical Fiber Amplifier (EDFA) is a new device that has been applied in optical  fiber transmission systems in 90's of twentieth century. Its wide application has brought out a revolution in the field of optical fiber communication. Compared with other types of optical amplifiers, EDFA has unique features of high out out power and gain, wide operating bandwidth, low polarization dependence, low noise figure independence of bit rate and data format. dispoptic 2013

Ruído Ruído Johnson (Gaussiano e branco)
Frequency Noise Power Shot noise (Gaussiano e branco) Frequency Noise Power Ruído “1/f” Frequency Noise Power 1/f noise Fc dispoptic 2013

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

Próxima aula continuação sobre detectores e demonstrações
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