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1 E as questôes? CIE cores Carbono artigo? Eficiência de emissores de luz 20110411.

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1 1 E as questôes? CIE cores Carbono artigo? Eficiência de emissores de luz

2 Interpretação do diagrama de cromaticidade CIE 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

3 3 Bandas de energia de níveis permitidos no diamante 1s 2 2s 2 2p 2

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

5 5 LED

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 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? 7

8 E o futuro? 8

9 9 Aula anterior OLED Diodo laser, cavidade horizontal, cavidade vertical, homo-heterojunção. Outras fontes de luz: relâmpago? Arco, sincrotron, fonte radioativa

10 10 Aula de hoje Dispositivos detectores ópticos

11 11 Sistema de comunicações ópticas

12 12 Diagrama funcional de um receptor

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

14 14 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

15 15 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

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?

18 18 Definições - Responsividade R 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 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]

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

20 20 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 = V N / R P NEP = I N / R I 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:

22 22 Alguns valores NEP

23 23 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 é usada a notação D,900,1 Unidades de D* [Hz 1/2 W -1 ]

24 24 Alguns valores de D*

25 25 A resposta R de um detector especifica sua resposta à unidade de irradiança R = Resposta (responsividade) 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. Onde V s = voltagem sinal I = densidade de potência A = área do detector

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

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

28 28 Algumas curvas de resposta espectral e sensibilidade radiante

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

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)

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. PD sem ganhoPD com ganho (APD)

32 32 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

34 34 Detectores fotoemissivos Baseados no efeito fotoelétrico e geração de portadores de carga. Fotodiodos à vácuo e à gás, PMT e Photo-channeltron

35 35 Fotomultiplicadora - PMT Impacto inicial sobre material fotoemissivo Posterior emissão secundaria de elétrons a través de dinodos Multiplicação considerável de elétrons Ganho de 10 9 elétrons no anodo por fotoelétron (pulso) Ganho de 10 7 em modo continuo E.g. pulso de 2ns no anodo com 10 9 fotoelétrons gera 4V numa R L de 50 Contador de fótons D* até cm Hz 1/2 W -1, só o olho humano é capaz de detectar 10 fótons no azul que se aproxima a esse valor.

36 36 Características essenciais na montagem de PMT

37 37 Corte transversal de uma PMT

38 38 Algumas características dos dinodos Muitos materiais emitem, em média, novos elétrons por cada elétron que colide na sua superfície. Se a energia cinética do elétron incidente for suficientemente energética, entre 100 e 200 eV, então > 1, teremos amplificação Assim teremos para N dinodos a geração de N elétrons

39 39

40 40 Superfícies fotoemissivas de PMTs

41 41 Multiplicador de elétrons ou channeltron

42 Temas de apresentações (sugestão ~30 a 40) para o dia 25/04 Gabriel - CIE Gustavo - NEP, D*, BLIP Tarcisio - R Thiago - ruído 42

43 Aula que vem: continuação sobre detectores 43


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