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RECEPTORES OPTICOS 1. INTRODUCCION En un sistema óptico, el transmisor consta de un generador, El transmisor básico es, en esencia, una fuente de luz, las fuentes de luz más comunes son los diodos LED y laser, que se conmutan a velocidades muy altas. El receptor consta de un detector de pulsos de luz que los convierte en señal eléctrica esta señal se amplifica y se reforma para obtener la señal original. 2. OBJETIVO Determinar el comportamiento de un receptor óptico y las características de los mismos. Comprender la estructura y la función que realiza un receptor óptico. 3. RECEPTOR OPTICO Básicamente, el detector es un dispositivo que convierte fotones en electrones, un receptor se compone de un detector y de los circuitos necesarios asociados que lo capaciten para funcionar en un sistema de comunicaciones ópticas. El principal componentes es el fotodetector este convierte la luz en electricidad a través del efecto fotoelectrico. RECEPTORES OPTICOS UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
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RECEPTORES OPTICOS
1. INTRODUCCION
En un sistema óptico, el transmisor consta de un generador, El transmisor básico es, en
esencia, una fuente de luz, las fuentes de luz más comunes son los diodos LED y laser, que
se conmutan a velocidades muy altas. El receptor consta de un detector de pulsos de luz que
los convierte en señal eléctrica esta señal se amplifica y se reforma para obtener la señal
original.
2. OBJETIVO
Determinar el comportamiento de un receptor óptico y las características de los
mismos.
Comprender la estructura y la función que realiza un receptor óptico.
3. RECEPTOR OPTICO
Básicamente, el detector es un dispositivo que convierte fotones en electrones, un receptor
se compone de un detector y de los circuitos necesarios asociados que lo capaciten para
funcionar en un sistema de comunicaciones ópticas.
El principal componentes es el fotodetector este convierte la luz en electricidad a través del
efecto fotoelectrico.
Cuando la luz incide en el diodo, la corriente de fuga se
incrementa. Al fluir a través de R1 produce una caída de
voltaje. El resultado es un pulso de voltaje.
Una configuración básica es el receptor de detección directa, el fotodetector
convierte el flujo de los fotones incidentes en un flujo de electrones. Después esta
corriente es amplificada y procesada. Existen dos tipos de fotodiodos usuales para
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recepción óptica, fotodiodo PIN y fotodiodo de avalancha APD.
Modelos de un típico receptor óptico con detección directa
En la práctica, para los receptores de detección directa con fotodiodos PIN, el factor
limitante de la sensibilidad del receptor es el ruido térmico, generado en la salida
del fotodiodo. Existe dos alternativas para superar esta limitación, una es el uso de
fotodiodo de avalancha APD, donde el mecanismo de multiplicación de la corriente
foto generada en el fotodiodo amplifica la señal fotodetectado. La segunda
alternativa es la utilización de un pre-amplificador óptico antes del fotodetector,
para amplificar la señal óptica antes de la detección.
Modelo de un típico receptor óptico con detección directa utilizando un pre-amplificador óptico
Una configuración más compleja de receptor óptico es el empleo de los receptores
de detección coherente, con el nivel de potencia del oscilador local tan alto que el
ruido térmico se hace mucho menor que el producto del batimento entre la señal del
oscilador local y la señal recibida.
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Modelo de un típico receptor óptico con detección coherente
f FI=|f s−f ol|
Dónde: f FIes la frecuencia intermediaria, f s es la frecuencia de la señal recibida y f ol es la
frecuencia del oscilador local.
4. RUIDO EN LOS RECEPTORES OPTICOS
Ruido es algo inherente en los sistemas de Comunicaciones y los Sistemas Ópticos
no están libres de ello
La capacidad de un receptor óptico para detectar señales de luz débiles depende de su
sensibilidad y en particular del ruido propio. Los agentes causantes del ruido son la señal
óptica, el diodo en sí y el circuito eléctrico que le sigue. El límite en cuanto a detección se
da cuando la suma de todas las corrientes de ruido (cuántico, de la corriente de oscuridad,
granular, térmico) iguala a la corriente de la señal a la salida del receptor.
4.1. FUENTES DE RUIDO
En sistemas ópticos, existen dos fuentes principales de ruido:
Ruido de disparo
Ruido térmico
4.2. RUIDO DE DISPARO
Generado por la característica aleatoria del movimiento y generación de portadores en la
juntura PN del foto-receptor.
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4.3. RUIDO TERMICO
Generado por la característica aleatoria del movimiento de los electrones en un conductor, a
una cierta temperatura. Es producido en los componentes externos al foto-receptor.
4.4. CUADRO COMPARATIVO RUIDO
FOTODETECTOR ACTUACION
Si PIN Ganancia Óptica 0,06[V/nW]Ruido 0,7[pW/Hz]
Si APD Ganancia Óptica 7,7[V/nW]Ruido 10[fW/Hz]
5. TIPOS DE FOTODETECTORES
Existen, en general, dos tipos de fotodetectores:
Fotoconductivos: Generan flujo de corriente en presencia de luz.
Fotovoltaicos: Generan un voltaje en presencia de luz.
En recepción óptica se usan principalmente del tipo fotoconductivos.
A continuación, se describirán aquellos fotodetectores comúnmente utilizados en receptores
ópticos: PIN, APD.
5.1. DIODO PIN
El desempeño del fotodetectores p-i-n, puede ser
considerablemente mejorado usando doble
heteroestructuras: la capa intermedia
(i) se ubica entre capas tipo-p y tipo-n de
diferentes semiconductores, cuyo bandgap se
escoge de manera que la luz sea absorbida
solamente en la capa i.
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La sensibilidad de un fotodiodo aumenta y su tiempo de respuesta disminuye si se le añade
una capa sin impureza o intrínseca (I) entre las capas P y N. El resultado es un diodo PIN.
La luz penetra a la unión a través de la capa
delgada P, generando un flujo de electrones
proporcional a ella que incrementa la corriente
de fuga de manera significativa.
5.2. DIODO APD
Con APD se logra alta ganancia, pero con bajo ancho de banda y mucho ruido, esto se
mejora con SAM (separate absorption and multiplication regions) APD que logra bajar el
ruido, y con SAG (grading) M APD que aumenta el ancho de banda.
Es el más rápido y sensible, pero caro y su circuito complicado. Igual que el fotodiodo, el
APD se polariza en inversa.
Se aplica un voltaje en inversa de miles de V, justo antes del punto de operación o umbral
de avalancha. Cuando la luz incide en la unión, se produce la ruptura y fluye una corriente
grande, debido al efecto avalancha.
5.3. CUADRO COMPARATIVO
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RECEPTOR NIVEL DE
SENSIBILIDAD
VELOCIDAD DE
TRANSMISIÓN
LONGITUD DE
ONDA
PIN -34 dBm 2 a 34 Mbps 1a y 2a ventana
APD -56dBm
-50 dBm
2 Mbps
34 Mbps
2a y 3a ventana
6. DISEÑO DE RECEPTORES
El diseño del receptor dependerá del formato usado por el Tx, en especial si es en un formato análogo o digital.
El dibujo anterior muestra los tres grupos que se diferencian dentro de un receptor digital.
6.1. FRONT END (Entrada)
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La señal óptica es acoplada hacia el fotodiodo, la que es convertida en señal
eléctrica.
El preamplificador aumenta la señal eléctrica para facilitar el proceso posterior.
El diseño de esta etapa del receptor requiere transar entre velocidad y sensibilidad.
6.2. CANAL DE LINEA
Se compone de un amplificador de alta
ganancia y un filtro pasabajos.
La ganancia del amplificador es
controlada para entregar un nivel
promedio de la señal, independiente de la
potencia llegada.
Ya que el ruido del receptor es
proporcional a su BW, se puede reducir
usando un filtro de BW menor que el bit
rate.
El propósito del filtro pasabajos es
reducir el ruido y evitar demasiada
interferencia intersimbólica (ISI).
6.3. RECUPERACION DE DATOS
Consiste de un circuito de decisión y un
circuito de recuperación de reloj.
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La recuperación de reloj, entrega información sobre el tiempo del bit slot al circuito
decisión ayudando a su sincronización.
El circuito de decisión compara la salida del canal lineal a un umbral, en un tiempo,
TB, entregado por la recuperación de reloj.
Con esto se decide si es un ‘1’ o un ‘0’.
Algunos ejemplos prácticos de sensibilidad de receptores.
7. Bibliografía Comunicaciones por Fibra Óptica - Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Electrónica – Capitulo 5 Detectores Opticos.pdf Receptores Opticos.pdf
7.1. Páginas web https://www.google.com.bo/search?
q=pin+ganancia+optica&biw=786&bih=766&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi85uPsx9bPAhVDmR4KHTO6BM8Q_AUIBigB
http://es.slideshare.net/sheiberballadaresabarca/transmisores-y-receptores http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/emisores-receptores http://www.toptica.com/products/laser_diodes.html?
gclid=CPy7wKy4wc8CFUMIkQodqXABVA
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