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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
2dispoptic 2013
• 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
dispoptic 2013
dispoptic 2013 6
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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dispoptic 2013
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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dispoptic 2013
E o futuro?
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Aula de hoje
Dispositivos detectores ópticos
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Sistema de comunicações ópticas
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Diagrama funcional de um receptor
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Dispositivos detectores de luz
• Geral
• Figuras de mérito num detector
• Fotomultiplicadora PMT
• Fotodiodos: PIN, APD
• Outros
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Algumas considerações
dispoptic 2013
• 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
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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
dispoptic 2013
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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?
dispoptic 2013
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Definições – NEP (Noise Equivalent Power)
dispoptic 2013
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:
dispoptic 2013
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Alguns valores NEP
dispoptic 2013http://www.judsontechnologies.com/ImagePDFfiles/32A.pdf
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D* = Detectivity
dispoptic 2013
• 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*
dispoptic 2013
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
dispoptic 2013
• 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
dispoptic 2013
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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
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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)
dispoptic 2013
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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)
dispoptic 2013 32
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
dispoptic 2013
Próxima aula continuação sobre detectores e demonstrações
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