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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
Práctica2
1. DEPENDENCIA ESPECTRAL DE LOS FOTODETECTORES
1.1 – Objetivos
Obtener la dependencia espectral de los fotodetectores.
1.2- Equipos y materiales
-
Latiguillos de fibra óptica
Elementos de limpieza
1.3- Realización práctica
Seleccionar:
-
-
Emisor: - Entrada: DC (sin conexión) en el canal CH1
- Medida mA:CH1
- Salida óptica: fotoemisor nº 4 (LED 850nm) para CH1
Receptor: - Modo Medidor de Potencia: DC
- Entrada óptica: fotodetector nº4 (Si 2,5 mm)
- Longitud de onda: 850nm
 Conectar, mediante el latiguillo de fibra óptica, la salida del emisor y la entrada del
receptor correspondientes
Tx
latiguillo
Rx
 Ajustar en el emisor una corriente (Ibias) de aproximadamente 17 mA. Esperar 1
minuto para su estabilización.
 Medir la potencia (P1) en W.
 Conmutar en el receptor la longitud de onda a 660 nm y medir la potencia (P2) en W.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Seleccionar en el receptor la longitud de onda a 650 nm, medir la potencia (P3) en W.
 Fijar en el receptor la longitud de onda a 590 nm y medir la potencia (P4) en W.
 Cambiar en el receptor la longitud de onda a 526 nm y medir la potencia (P5) en W.
 Calcular la sensibilidad espectral, para las diferentes longitudes de onda en relación a
la sensibilidad de 850 nm.
Sensibilidad espectral Si (660 nm) / Si (850 nm) = P1 / P2
Sensibilidad espectral Si (650 nm) / Si (850 nm) = P1 / P3
Sensibilidad espectral Si (590 nm) / Si (850 nm) = P1 / P4
Sensibilidad espectral Si (526 nm) / Si (850 nm) = P1 / P5
 Anotar los resultados en la tabla
[nm]
Sensibilidad espectral relativa
526
590
650
660
850
 Representar gráficamente la sensibilidad relativa del fotodetector nº 4:
Sensibilidad
relativa
[nm]
 Justificar la exactitud del método utilizado para determinar la sensibilidad relativa del
fotodetector.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
NOTA: Otro método para obtener la sensibilidad, consistiría en utilizar para cada
longitud de onda un fotoemisor que emitiese en dicha longitud. Para que el resultado
fuera correcto, todos los fotoemisores deberían emitir la misma potencia.
 ¿Es este método más preciso que el utilizado?. Razonar la respuesta.
 Manteniendo el fotoemisor de 850 nm repetir las medidas utilizando el fotodetector
nº 2 y las longitudes de onda: 850, 1300, 1310 y 1550 nm. Utilizar también como
referencia la longitud de onda de 850 nm.
 Anotar los resultados en la tabla
[nm]
Sensibilidad espectral relativa
850
1300
1310
1550
 Representar gráficamente la sensibilidad relativa del fotodetector nº 2:
Sensibilidad
relativa
[nm]
 La figura siguiente indica la respuesta espectral (sensibilidad) de los fotodetectores de
las series SI336-BQ, SI336-BK, SI337-BQ y SI337-BR de HAMAMATSU.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Si suponemos que para una radiación de 700 nm un fotodetector de la serie SI336-BQ
recibe una potencia de –10 dBm, indicar que potencia se recibirá con emisiones
ópticas, de igual potencia, y longitudes de onda de 400, 500, 600, 800, 900, 1000 y
1100 nm.

Potencia
Recibida
(dBm)
400 nm 500 nm 600 nm 700 nm 800 nm 900 nm 1000 nm 1100 nm
- 10
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
2. VOLTAJE INVERSO EN LOS FOTODETECTORES
2.1 – Objetivos
Estudio de la influencia de la tensión inversa de polarización en un fotodetector.
Comparación entre fotodetector PIN y APD.
2.2- Equipos y materiales
-
Voltímetro
Osciloscopio
Latiguillo de fibra óptica
Elementos de limpieza
2.3- Realización práctica
Seleccionar:
-
-
Emisor:
- Entrada: Generador en el canal CH1
- Seña senoidal
- Frecuencia 1 kHz
- Acoplamiento DC (conmutador S1(1) en la posición DC S1(2)
en la posición AC)
- Medida mA: CH1
- Salida Óptica: fotoemisor nº 4 (LED 850 nm) para CH1
Receptor: - Modo Medidor de Potencia: 1 kHz
- Entrada Óptica: fotodetector nº 2 (InGaAs 1 mm)
- Longitud de onda: 850 nm
 Conectar, mediante el latiguillo de fibra óptica, la salida del emisor y la entrada del
receptor correspondientes
Tx
latiguillo 1m
Rx
 Ajustar la corriente (Ibias) del fotoemisor a 10 mA (para eliminar la distorsión de la
señal), después ajustar la ganancia mediante el potenciómetro P1 (GAIN) hasta el
máximo.
 A continuación, verificaremos si la potencia detectada por el fotoemisor nº 2 depende
de la tensión inversa de polarización del fotodetector (Ubias). Para ello, conectar en el
receptor el voltímetro entre el punto de test TP18 y GND.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Comprobar que los potenciómetros, P5 y P7, de ajuste de la tensión inversa de
polarización (Ubias) se encuentran en su posición mínima.
 Establecer como el valor de referencia, la potencia medida.
 Aumentar la tensión de polarización del fotodetector (Ubias), mediante el
potenciómetro P5, hasta el máximo. Observar como la potencia detectada
prácticamente permanece inalterada.
 Cambiar la conexión del latiguillo de fibra óptica al fotodetector nº 3 (APD Ge 0,1
mm). Seleccionar, en el receptor, la entrada correspondiente a dicho fotodetector.
 Observar que la potencia detectada es, aproximadamente, unos 20 dB inferior a la
captada con el fotodetector nº 3 (PIN Si 1 mm). La potencia es inferior, debido a que
la área de detección del APD es muy reducida (  0,1 mm) en comparación con la del
fotodetector no 2 ( 1 mm).
 Ahora comprobaremos si la potencia detectada por el APD depende de la tensión
inversa de polarización aplicada (Ubias). Para ello, conectar en el receptor el
voltímetro entre el punto de test TP19 y GND.
 Comprobar que los potenciómetros, P5 y P7, de ajuste de la tensión inversa de
polarización (Ubias) se encuentran en su posición mínima.
 Establecer como el valor de referencia, la potencia medida.
 Aumentar la tensión inversa de polarización del APD (Ubias), desde su valor mínimo
al máximo, en incrementos de 5 V hasta los 30 V; y después, más detalladamente, en
incrementos de 0,2 V para percibir claramente el efecto avalancha, hasta que la
ganancia relativa alcance 15 dB. Medir, para cada incremento de voltaje, la potencia
detectada.
Observaciones:
NOTA: El potenciómetro P7 permite el ajuste fino de la tensión inversa de
polarización.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Con los datos obtenidos rellenar la tabla siguiente.
Ubias
[V]
Potencia [dB]
 Representar gráficamente la dependencia de la ganancia con la tensión inversa
aplicada.
G (dB)
V (V)
 Explicar detalladamente por que en el APD la potencia captada depende de la tensión
inversa de polarización y en el fotodetector nº 2 (PIN InGaAs 1 mm) es constante.
 Indicar las ventajas e inconvenientes de los fotodetectores PIN y APD.
 Con ayuda del osciloscopio observaremos como el APD amplifica la señal recibida,
para ello seleccionar en el receptor:
- Modo
Medidor de Potencia: AC
- Filtro 100 kHz: Activado (conmutador S1(1))
- Acoplamiento: AC (conmutador S3(1))
 Conectar el osciloscopio a la salida analógica del receptor (75 Ω).
 Ajustar, en el emisor, la ganancia del canal analógico al máximo mediante el
potenciómetro P1 (GAIN).
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Situar los potenciómetros, P5 y P7, de ajuste de la tensión inversa de polarización
(Ubias) en su posición mínima, para fijar al mínimo la ganancia del APD.
 Mantener, en el emisor, la corriente (Ibias) a 10 mA (para eliminar la distorsión de la
señal) y la ganancia al máximo.
 Apreciar en el oscilosopio la señal detectada por el APD.
 A continuación, aumentar la tensión inversa de polarización del APD (Ubias).
 Observar en el osciloscopio como se amplifica la señal por el efecto avalancha.
Observaciones:
 Apreciar como a partir de una determinada tensión inversa de polarización, el ruido
del APD aumenta y, por consiguiente, la calidad de la señal empeorará.
 Justificar por que motivo se deteriora la señal.
 Indicar que tipos de materiales se utilizan en la fabricación de los APD para cubrir las
longitudes de onda indicada en la tabla.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
NOTA: Para la realización de este apartado el alumno deberá consultar bibliografía
relacionada con el tema.
Longitudes de onda
(nm)
Material
0,6 – 0,9µm
1,2 – 1,3 µm
1.0 – 1,6 µm
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
3. ANCHO DE BANDA DE LOS FOTODETECTORES
3.1 – Objetivos
Determinar el ancho de banda de los fotodetectores y la influencia de la tensión
inversa de polarización.
3.2- Equipos y materiales
-
Latiguillos de fibra óptica
Voltímetro
Osciloscopio
Generador (forma de onda senoidal y cuadrada, frecuencia máxima de al
menos 10 MHz)
Elementos de limpieza
3.3- Realización práctica
Seleccionar:
Emisor: - Entrada: DC (sin conexión) en el canal CH1
- Medida mA:CH1
- Salida óptica: fotoemisor nº 4 (LED 850nm) para CH1
- Receptor: - Modo Medidor de Potencia: ANALOG
- Entrada óptica: fotodetector nº1 (Si 1 mm)
- Longitud de onda: 850nm
- Impedancia de salida: 75 Ω
 Conectar el generador a la entrada DC del emisor.
 Conectar el primer canal del osciloscopio a la salida analógica del receptor (75 Ω) y el
segundo canal en el punto de test TP10 y GND.
 Enlazar, mediante el latiguillo de fibra óptica, la salida del emisor y la entrada del
receptor correspondientes.
 Conectar el voltímetro en el punto de test TP17 y GND, para evaluar la tensión
inversa de polarización del fotodetector (Ubias).
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Seleccionar en el generador externo una frecuencia de 1 kHz .
 Conectar el segundo canal del osciloscopio en el punto de test TP10 del emisor.
 Ajustar, en el emisor, los potenciómetros P1 (GAIN) y P2 (Ibias) para lograr la
máxima excursión sin distorsión en el TP10.
 Situar, en el receptor, los potenciómetros, P5 y P7, de ajuste de la tensión inversa de
polarización (Ubias) en su posición mínima.
NOTA: No conectar los filtros del canal analógico del receptor (100 kHz a 1MHz).
 Regular, en el receptor, la ganancia del canal analógico (con ayuda del osciloscopio)
para conseguir que la amplitud de la señal de salida coincida con la amplitud de la
señal de entrada.
 Aumentar la frecuencia, del generador externo, y medir en el osciloscopio la relación
entre los valores de amplitud de la señal de salida y la señal de entrada en dB, para las
frecuencias indicadas en la tabla. Rellenar la tabla.
 Aumentar la tensión inversa de polarización del fotodetector, en intervalos de 3 V,
hasta alcanzar -18 V, repitiendo la medida anterior para cada incremento.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Representar los resultados obtenidos en una misma gráfica
 Observar como aumenta el ancho de banda al incrementar la tensión inversa de
polarización. Esto es debido, a que a al aumentar la tensión inversa de polarización
disminuye la capacidad interna del fotodetector, y por tanto, se extiende el ancho de
banda.
 Justificar por que se reduce la capacidad interna del fotodetector, al aumentar el
voltaje inverso de polarización.
 A modo ilustrativo, se indica la relación entre la capacidad interna y la tensión inversa
de polarización del fotodetector NDL2208 de NEC, y también la relación con el
tiempo de respuesta.
 Seleccionar en el generador externo una señal cuadrada y fijar la frecuencia a 200
kHz.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Situar, en el receptor, los potenciómetros, P5 y P7, de ajuste de la tensión inversa de
polarización (Ubias) en su posición mínima.
 Representar la señal obtenida en la salida analógica del canal analógico.
 Ajustar los potenciómetros P5 y P7, del emisor a su posición máxima
 Representar la señal obtenida en la salida analógica del canal analógico.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
 Indicar las diferencias apreciadas entre las dos señales obtenidas. Exponer las causas
de los efectos manifestados.
 Notar como en un sistema de comunicaciones por fibra óptica, la tensión inversa de
polarización del fotodetector puede afectar a todo el sistema aunque se utilice un
fotoemisor de alta velocidad (por ejemplo, un diodo láser). Si la velocidad de
respuesta decrece, se restringe la velocidad de transmisión (bit rate) del sistema.
Consecuentemente, cada fotodetector debe utilizarse en sus condiciones de
polarización más óptimas.
 Repetir las experiencias de esta práctica con el fotodetector nº 2 (InGaAs mm).
Emplear el mismo fotoemisor.
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PRÁCTICAS DE OPTOELECTRÓNICA
Comparar los resultados entre los dos fotodetectores.
Observaciones:
NOTA: En las medidas efectuadas además de influir el fotodetector también afecta el
fotoemisor. Por este motivo, las comparaciones entre fotodetectores deben realizarse
con el mismo fotodetector, y con idéntico nivel de potencia emitida.
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