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20130415

dispoptic 2013

Resumo da aula passada

Resumo da aula passada

• Diagrama de

cromaticidade

• Comparação de eficiência

de diferentes fontes

• Diversos efeitos na

interação de fótons com

átomos

• Outras fontes

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• OLED

• Diodo laser, cavidade horizontal,

cavidade vertical, homo-

heterojunção.

• Outras fontes de luz: relâmpago?

Arco, sincrotron, fonte radioativa

Interpretação do diagrama de cromaticidade CIE

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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 name Red Green Blue

Red 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 0

Yellow 234 231 94

Greenish yellow 235 233 0

Yellow green 185 214 4

Yellowish green 170 209 60

Green 0 163 71

Bluish green 24 162 121

Bluegreen 95 164 190

Greenish blue 110 175 199

Blue 92 138 202

Purplish blue 88 121 191

Bluish purple 92 102 177

Purple 246 85 158

Reddish purple 196 64 143

Purplish pink 243 208 219

Red purple 175 35 132

Purplish red 209 65 136

White 255 255 255

Artigo + Eficiencia

APRIL 30, 2009 http://www.cree.com/press/press_detail.asp?i=1241094842732

The cool white XLamp XP-G provides 139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA.

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LED

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Eficiência

APRIL 30, 2009 http://www.cree.com/press/press_detail.asp?i=1241094842732 The cool white XLamp XP-G provides 139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA. =======================http://www.tradelineinc.com/reports/9C8406DD-0BD1-8F11-AFA619E5A82A1358Published March 30 2010 The DOE projects that common LEDs will reach efficacy ratings approaching 150 LPW by the year 2012. 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

Entretanto o Led avança em outras áreas

• Comercialização do Led comum está estabilizado

• Fabricação e comercialização de Led para

iluminação está aumentando.

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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?

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E o futuro?

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10

Aula de hoje

Dispositivos detectores ópticos

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11

Sistema de comunicações ópticas

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12

Diagrama funcional de um receptor

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13

Dispositivos detectores de luz

• Geral

• Figuras de mérito num detector

• Fotomultiplicadora PMT

• Fotodiodos: PIN, APD

• Outros

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Algumas considerações

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• 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

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Curva de atenuação espectral

16

Tipos de detectores

Fotônicos • 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

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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?

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Definições – NEP (Noise Equivalent Power)

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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.

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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 Negro @ 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 negro @ 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:

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Alguns valores NEP

dispoptic 2013http://www.judsontechnologies.com/ImagePDFfiles/32A.pdf

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D* = Detectivity

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• 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]

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Alguns valores de D*

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BLIP = Background Limited Performance

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• A resposta R de um detector especifica sua resposta à unidade de irradiança

R = Resposta (responsividade)

Onde

Vs = voltagem sinal

I = densidade de potência

A = área do detector

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• 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

• Is é a corrente total do detector e P é a potência radiante

incidente.

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Alguns valores de D* e R - InGaAs

Para diferentes cutoff

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Judson – InGaAs e Ge

InGaAs em diferentes “cutoff” Ge

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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

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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)

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• 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 APD’s e

EDFA’s gera ruído. • Ruído no circuito receptor

– Resistores e transistores no amplificador contribuem ao ruído do circuito.

dispoptic 2013PD sem ganho PD com ganho (APD)

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Ruído

2

2Noise Power=4

4 4

nn

rms rms

VkTB i R

R

kTBi V kTRBR

2

m

spectral density= V /Hz

for FETs4kTK=

gwhere is the FET corner frequency and is the channel noise factor

c

c

Kf

f

f

Frequency

Nois

e P

ow

er

Frequency

Nois

e P

ow

er

Frequency

Nois

e P

ow

er

1/f noise

Fc

Ruído Johnson (Gaussiano e branco)

1/2 1/22rms noise current 2ni qIB

Shot noise (Gaussiano e branco)

Ruído “1/f”

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Eficiência quântica

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

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Próxima aula continuação sobre detectores e demonstrações

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