Overview Materi Prinsip deteksi opticKarakteristik photodetectorSyarat-syarat detectorPIN (P Intrinsic N)APD (Avalanche Photodetector)

Detektor Optik/PhotodetectorPhotodetektor 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)3. Derau yang dihasilkan kecil.4. Tersedia cukup bandwidth untuk menyalurkan bit rate

data yang diterima.5. Tidak sensitif terhadap perubahan suhu.6. Secara fisik kompatibel dengan dimensi kabel.7. Mempunyai waktu operasi yang lama.8. Ukurannya kecil

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 Photodetector1. Dioda PIN (P Intrinsic N)2. Dioda APD (Avalanche Photo Diode)

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 PINa. Responsitivity (R)

di mana :

R adalah responsitivity (dalam A/W)Ip adalah arus photo detectorP0 adalah daya optik diterimaη adalah efisiensi kuantume adalah muatan elektronh adalah konstanta Planckf adalah frekuensi

Karakteristik Photodetector PINb. Efisiensi kuantum (η)

Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan elektron-hole terhadap foton yang datang pada diode.

Hubungan antara efisiensi kuantum dengan responsitivity dan panjang gelombang

Catt. Pada umumnya η < 1

p

e

r

r

dimana : re adalah rate elektron yang dihasilkan (electrons/s)rp adalah rate foton yang datang pada diode (photons/s)

dimana : R adalah responsitivity (dalam A/W)λ adalah panjang gelombang (dalam μm)

Karakteristik Photodetector PINc. 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 APDPrinsip 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 dimultiplikasiIp adalah arus photo yang tidak dimultiplikasi

Photodetector APDGain (M) meningkat jika diberikan tegangan dengan reverse bias :

di mana :n adalah nilai konstanVBR adalah tegangan breakdown detektor (sekitar 20

– 500 V)

n

BR

d

V

VM

1

1

Karakteristik Photodetector APDa. 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 :

dimana :

Pabs adalah daya yang diserap

Po adalah daya dari FO

d adalah lebar dari active region o adalah koefisien absorpsi

dPP ooabs exp1

Karakteristik Photodetector Absorption

Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya optik yang diterima dari FO

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 :

dhf

rePI o

op

exp1

1

o

abs

P

P

Karakteristik Photodetector Absorption

Photocurrent (Ip) dihasilkan oleh cahaya yang datang dari daya optik yang diterima dari FO

dimana :

e adalah elektron

r adalah koefisien pantulan Fresnel

d adalah lebar dari active region

o adalah koefisien absorpsi

dhf

rePI o

op

exp1

1

Daerah Operasi Berbagai Tipe Sumber, Serat dan Detektor Optik

Petunjuk Pemilihan Komponen Link Optik