I.P.S.I.A. Di BOCCHIGLIERO Fotoemettitori e Fotorivelatori ---- Materia: Telecomunicazioni. prof. Ing. Zumpano Luigi. Filippelli Maria Fortunata

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1 I..S.I.A. Di BOCCHIGLIERO a.s. 2010/2011 -classe III- Materia: Telecomunicazioni ---- Fotoemettitori e Fotorivelatori ---- alunna Filippelli Maria Fortunata prof. Ing. Zumpano Luigi

2 Fotoemettitori e fotorivelatori In un sistema di comunicazione a fibra ottica assumono grande importanza i dispositivi che realizzano la conversazione del segnale da elettrico a ottico e viceversa. Nel definire un collegamento a fibra otica occorre scegliere non solo il tipo di fibra, ma in base a questo anche i convertitori più adatti. I convertitori elettro-ottici chiamati anche fotoemettitori sono i diodi al laser (LD) e i diodi a emissione luminosa (LED); quelli otticoelettrici chiamati anche fotorivelatori sono i diodi IN e i AD. Diodo LED Un LED è una giunzione np realizzata con composti particolari come GaAs e AlGaAs. Il processo di ricombinazione tra una lacuna e un elettrone determina l'emissione di energia luminosa. L'andamento della potenza luminosa emessa da un LED si distribuisce dunque attorno a un valore centrale di lunghezza d'onda. Questa curva costituisce lo spettro di potenza della radiazione luminosa e l'intervallo di lunghezza d'onda Δλ, ricavato in corrispondenza alla metà della potenza massima irradiata viene chiamato larghezza spettrale della sorgente luminosa. Dalla larghezza spettrale dipende la dispersione cromatica di una fibra ottica, pertanto più essa risulta piccola migliori sono le prestazioni della sorgente luminosa. Dallo spettro di potenza si può rilevare la massima potenza che il LED è in grado di fornire che non raggiunge il mw. 2 λ 0 λ λ Alunna Filippelli Maria Fortunata classe III anno scolastico 2010/2011 pag 2 di pag 6

3 er un LED il costruttore fornisce anche la potenza che esso è in grado di erogare, in funzione sia della corrente di polarizzazione sia della frequenza del segnale elettrico da convertire. (μw) In questa curva viene utilizzata per scegliere opportunamente il punto di polarizzazione del dispositivo in modo che le correnti di modulazione, quelle associate al segnale che deve essere convertito, facciano funzionare il LED in zona lineare. I(mA) Questa curva determina la massima frequenza del segnale elettrico da convertire e definisce la banda passante del LED. Diodo laser f Il diodo laser dal punto di vista del comportamento elettrico e anche dei materiali utilizzati per la sua realizzazione tecnologica GaAs, AlGaAs, InGaAs, In è simile a un diodo LED, Alunna Filippelli Maria Fortunata classe III anno scolastico 2010/2011 pag 3 di pag 6

4 tuttavia il meccanismo con cui avviene l'emissione è diverso. Il termine laser indica tale meccanismo è l'acronimo di amplificazione della luce per mezzo dell'emissione stimolata di radiazione. er capire il meccanismo di funzionamento di un diodo laser occorre ricordare la teoria delle bande di energia seconda questa teoria in un diodo polarizzato direttamente gli elettroni presenti nel materiale semiconduttore si trovano in gran parte nella banda di conduzione. Inviando sulla giunzione un fotone con lunghezza d'onda tale che l'energia a esso associata sia pari al salto di energia tra le due bande. E= h c h= costante di lank c= velocità della luce λ= lunghezza d'onda della radiazione incidente Un diodo laser a differenza di un LED ha una potenza luminosa elevata e di notevole purezza spettrale con valori di Δλ di qualche nm. 2 λ 0 λ 0,1 5 nm Anche per il diodo laser viene fornito l'andamento della potenza luminosa in funzione della corrente di polarizzazione, essa in particolare mostra che esiste un valore di soglia di corrente al di sotto del quale non si ha effetto laser cioè emissione stimolata. I fotoemettitori laser a differenza dei LED sono particolarmente sensibili alla variazione di temperatura, che influenzano sia il livello di potenza emessa dalla sorgente luminosa sia la sua lunghezza d'onda. λ (mw) 10 5 Emissione stimolata Emissione I th I(mA) Alunna Filippelli Maria Fortunata classe III anno scolastico 2010/2011 pag 4 di pag 6

5 DIODO IN Un diodo IN è un fotoemettitore costituito da una struttura a doppia giunzione formata da due zone di semiconduttore drogate rispettivamente n e p e da una zona intrinseca. olarizzando inversamente il dispositivo si ha un allargamento delle zone di carica spaziale in corrispondenza a ciascuna giunzione che impediscono il passaggio di corrente. Se però si invia una radiazione luminosa sulla zona intrinseca, l'energia fornita agli elettroni determina la formazione di coppie elettroni-lacune. Il rapporto tra la corrente che attraversa il diodo e la corrispondente potenza luminosa che incide su di esso è uno dei parametri fondamentali del fotorivelatore e si chiama responsività R. R(A/W) 0,3 0,24 0,18 0,12 0,0 6 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 λ (m) Tale parametro viene fornito dal costruttore in funzione della lunghezza d'onda della radiazione incidente. La corrente di buio cioè la corrente che circola nel dispositivo quando si è in condizioni di buio, rappresenta il rumore generato dal fotorivelatore. Il tempo di risposta definisce il ritardo con il fotorivelatore effettua la conversione del segnale da ottico a elettrico. Quest'ultimo parametro fissa la massima frequenza di segnale che si può trasmettere in linea e che può essere rivelata correttamente dal fotorivelatore. Alunna Filippelli Maria Fortunata classe III anno scolastico 2010/2011 pag 5 di pag 6

6 Diodo AD Il diodo AD è molto simile come struttura al diodo IN, anche se alcune realizzazioni tecnologiche del componente non prevedono la zona con lo strato intrinseco ma una zona a basso drogaggio in corrispondenza della giunzione n-p. Gli stessi parametri definiti per un diodo IN sono anche validi per un fotorivelatore AD. Il principio di funzionamento di un diodo AD si basa sull'effetto valanga che si determina polarizzando la giunzione con elevati valori di tensione inversa, in questa ipotesi gli elettroni fotogenerati con lo stesso meccanismo dei diodi IN vengono fortemente accelerati dal campo elettrico e nell'urto con gli atomi del semiconduttore liberano altri elettroni che a loro volta vengono accelerati creando così un effetto valanga. La corrente di buio è però circa di tre ordini di grandezza maggiore rispetto ai IN e anche il tempo di risposta risulta maggiore. Alunna Filippelli Maria Fortunata classe III anno scolastico 2010/2011 pag 6 di pag 6

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