SISTEMA BÁSICO DE COMUNICAÇÃO ÓPTICO Um sistema de transmissão por fibras ópticas é constituído por: um transmissor óptico, um receptor óptico e um cabo de fibra óptico. 1. Transmissor Óptico: É utilizado diodo Laser (LD) ou Diodo Emissor de Luz (LED), chamados de osciladores ópticos. Estes dispositivos são pequenos, leves, consomem potência, são relativamente fáceis de modular. A presença de um bit lógico 1 leva a corrente para além do limiar e faz o diodo emitir luz. Exemplos: Ndi Yag Laser com o comprimento de onda de 0,1nm, Diodo Laser λ = 1 5nm, Led λ = 0 100nm, Henc Laser: 0,00nm.. Receptor Óptico: O receptor óptico compõe-se de um dispositivo fotodetector e de um estágio eletrônico de amplificação e filtragem. O dispositivo fotodetector é responsável pela detecção e conversão de sinal luminoso em sinal eletrônico. Os fotodetectores podem ser: fotodiodos PIN e os fotodiodos avalanches (APD). O estágio eletrônico associado ao fotodetector tem a função básica de filtrar a amplificar o sinal elétrico convertido. A qualidade de receptor óptico é medida pela sua sensitividade, a qual especifica a potência mínima para um determinado desempenho em termos da relação sinal-ruído (S/N) ou de taxa de erros de transmissão. 1
3. Canal de Informação: O canal de informação refere-se ao caminho entre o transmissor e o receptor: a fibra de vidro (ou de plástico) também chamado de meio de transmissão. Vantagens da Fibra Para enlaces longos, cabos ópticos são mais baratos de transportar a informação e mais fáceis de se instalar do que os cabos metálicos. Por exemplo: um dos cabos disponíveis comercialmente têm uma fibra com 15µm e uma capa plástica com diâmetro externo de,5 mm, peso de 6kg/Km e perda 5 db/km. Um cabo coaxial RG 19/U que tem uma atenuação de,6 db/km quando transporta um sinal de 100 MHz, seu diâmetro externo é 8,4 mm e seu peso é de 1110kg/km. Outras vantagens são: Imunidade à interferência eletromagnética, abundância da matéria prima, isolamento elétrico total, grande largura de banda e baixa atenuação, ausência de diafonia. Fibra Óptica A propagação da luz transmitida em uma fibra se dá usando o processo de reflexões sucessivas ao longo da fibra. A velocidade de propagação da luz varia com o índice de refração do meio (n) em que se propaga, caracterizando um meio dielétrico do ponto de vista óptico e determinando o comportamento da luz ao passar de um meio para outro. O índice de refração é dado pela relação: c n = onde c é a velocidade da luz e v é a velocidade v da luz na fibra
A relação entre os índices de refração das regiões de incidência e transmissão, respectivamente n i e n t é dado por: n n i t senθ t = onde θ t é o angulo de transmissão e senθ i θ i é o angulo de incidência Para que a luz seja confinada no guia e haja o processo de reflexões sucessivas, é necessário que o índice de refração do núcleo seja superior ao da casca, modificado em função de sua composição. A variação do perfil do índice na fibra é um dos fatores que caracteriza os tipos de fibra existentes: tais como fibra de índice degrau, fibra de índice gradual e fibra monomodo. n = 1 n n 1 n < n 1 O parâmetro que é chamado de diferença do índice de refração entre o núcleo e a casca, ou seja, diferença da abertura de numérica de uma fibra óptica. Figura 1 - Fibras Monomodo, Mutlitmodo Índice Degrau, Multimodo Índice Gradual Janelas de transmissão A tecnologia pioneira de fibras ópticas caracteriza-se pela existência de regiões espectrais, em torno dos picos de absorção de OH -, com atenuação mínima. Essas regiões de atenuação mínima, centradas nos comprimentos de onda 850nm, 1300nm e 1550nm deram origem às chamadas janelas de 3
transmissão. A operação na região de 850nm, onde as fibras oferecem atenuações típicas de ordem de 3 a 5 db/km para aplicações em sistemas a curta distância, justifica-se principalmente pela simplicidade e custos da tecnologia disponível de fontes e detectores luminosos. A janela de 1300 nm está associada a características de dispersão (material) nula, oferecendo possibilidades de enormes capacidades de transmissão, também é bastante atrativa para operação de sistemas de alta capacidade de transmissão. Em 1550 nm, corresponde efetivamente a uma região de atenuação espectral mínima para fibras de sílica e em 1570 nm perdas de 0,16 db/km. As janelas ópticas podem ser classificadas: 1ª Janela óptica: λ = 800 a 900nm (vermelho arseneto de gálio) (0dB/km) ª Janela óptica: λ =1.300 nm (0,3 a 0,5 db/km) 3ª Janela óptica: λ = 1550nm (0,18 a 0,5 db/km) Características de transmissão O processo de programação em uma fibra está sujeito a várias causas que podem prejudicar a detecção do sinal no receptor. Entre os mais importantes, pode-se citar: Atenuação é causada pela absorção do material, espalhamento (em função de uma freqüência), emendas e conectores (falhas e defeitos de fábrica). Sendo associada às perdas de transmissão Dispersão modal: é o atraso diferencial entre os vários modos de programação de fibra. 4
Dispersão material: alargamento do pulso devido ao fato de que o índice de refração depende do comprimento de onda (esta dispersão é proporcional a largura espectral da fonte) A dispersão caracteriza a capacidade de transmissão de uma fibra óptica, expressa pela faixa de transmissão (em bits por segundo) ou pela banda passante (em Hertz). 1. Atenuação Atenuação de uma fibra óptica é definida em termos da relação de potência luminosa na entrada da fibra de comprimento L e a potência luminosa na sua saída. Essa relação é dada por: P 10 log( t ) Po α L = (db/km) L Os requisitos para escolha do material incluem baixas perdas e a possibilidade de seu formado ser parecido com longas fibras da espessura de um fio de cabelo. O material deve ser capaz de pequenas variações no índice de refração de tal forma que obtenha dois índices, um para o núcleo e outro para a casca (onde são feitas às dopagens com titânio, germânio, boro, fósforo, etc). Fibras de vidro geralmente tem menor absorção do que fibras de plástico e por isso são preferidas para comunicações as longas distâncias. Os mecanismos básicos responsáveis pela atenuação em fibras ópticas são: 1.1 absorção 1. espalhamento 1.3 curvaturas 5
1.1 Perdas por absorção As perdas por absorção são causadas pelo tipo de material utilizado na construção da fibra e são classificadas como: a) absorção intrínseca: Depende do material usado na composição da fibra e constitui-se no principal fator físico definindo a transparência de um material em uma região espectral especializada. A absorção intrínseca estabelece o limite mínimo fundamental na absorção para qualquer tipo de material usado. Os principais mecanismos de absorção são:! Banda de absorção eletrônica - que resulta de transições estimuladas de elétrons na região ultravioleta (pico em λ = 0,14 µm para sílica fundida)! Banda vibrações atômicas que ocorre na região do infravermelho. Essas características implicam a existência de uma janela de absorção intrínseca baixo da faixa de 0,7 a 1,6 µm para o caso de sílica dopada com germânio. Ela impossibilita o uso de fibras de sílica além do comprimento de onda de 1,6 µm. b) absorção extrínseca: Resulta da contaminação de impurezas que o material de fibras experimenta durante seu processo de fabricação. A absorção dos íons metálicos (cobre, ferro, cromo) que apresentam transições eletrônicas na região de 0,5 a 1,0 µm, constitui-se no principal fator de perdas de fibra, podendo chegar a perdas superiores à 1dB/km para uma concentração de cobre ou de cromo equivalente a uma parte por bilhas. Outra causa de absorção extrínseca é a presença de íons OH - (água dissolvida no vidro) cuja vibração fundamental na sílica ocorre em.730 nm com 6
sobretons harmônicos em 70, 950 e 1390nm. Essas concentrações implicam em perdas de 1dB/km e 950nm e 40dB/km em 1390nm. Após a evolução da tecnologia das técnicas de fabricação esses níveis OH - foram sendo reduzidos, por exemplo, de 0,0dB/km em 1550nm. c) Absorção por defeitos estruturais: Resulta do fato da composição do material da fibra estar sujeita a imperfeições, tais como a falta de moléculas ou a existência de defeitos do oxigênio na estrutura do vidro. 1. Perdas por espalhamento Os mecanismos de espalhamento contribuindo para as perdas de transmissão em fibras ópticas incluem os seguintes tipos: Espalhamento de Rayleigh são mecanismos lineares de espalhamento causados pela transferência de potência para Espalhamento de Mie modos vazados ou irradiados. Espalhamento de Brillouin estimulado são mecanismos não lineares que implicam a transferência de potência Espalhamento de Raman estimulado de um modo guiado p/ si mesmo. Modos de propagação Esta associado a teoria de propagação eletromagnética, são determinados pelas equações de Maxwell, sob as condições de contornos impostas pelo tipo de guia de onda e representam um conjunto de ondas eletromagnéticas que são guiadas de maneira estável pelo guia. Os modos de propagação podem ser: 7
# Modos vazados: modos associados a raios inclinados e oblíquos. É uma propagação próxima a casca, esse modo é atenuado à medida que a luz se propaga. O modo vazado pode carregar uma energia grande da fonte (quantidade significativa de potência luminosa), isto ocorre em fibras cujo comprimento de onda é pequeno. # Modos irradiados: são aqueles guiados pelo núcleo e irradiam potência para fora. São raios fora do cone de aceitação e são refratados para a casca. Como temos a casca com espessuras finitas e dimensões adequadas então temos modos irradiados pela casca e conseqüência redução da banda passante. Espalhamento Rayleigh É causado por variações de natureza aleatória na densidade do material da fibra que ocorrem em distâncias muito pequenas quando compararas com comprimento de onda de luz transmitida. Essas variações resultam de flutuações na composição do material da fibra assim como de defeitos e não homogeneidades estruturais causados durante o processo de fabricação. O coeficiente de perdas por espalhamento é: γ 8π 3 8 Rayleigh = n p K T 4 F λ = comprimento de onda da luz transmitida n = índice de refração p = coeficiente fotoelástico médio (0,86 para a sílica) k = constante de Boltzmann β T = compressibilidade isotérmica na temperatura fictiva T F = temperatura em que o vidro entra em equilíbrio termodinâmico 3λ β T 8
Espalhamento de Mie É causado pela existência na fibra de não-homogeneidade de dimensões comparáveis a do comprimento de onda da luz transmitida. Esse tipo de espalhamento resulta de imperfeições na estrutura cilíndrica da fibra; irregularidade na interface núcleo-casca, flutuações do índice de refração ao longo da fibra, flutuações do diâmetro. Essas imperfeições podem implicar a transferência de energia de um modo guiado para irradiados. Espalhamento de Brillouin estimulado É um efeito não linear que pode ser visto como sendo uma modulação (em freqüência) da luz transmitida, pelas vibrações moleculares térmicas. Este efeito resulta na transferência de potência de um modo para si mesmo, principalmente na direção contrária de propagação e em outra freqüência. O limiar de potência luminosa que estimula o espalhamento de Brillouin é: P = 4,4 10 3 d λ α f (Watts) BRILLOUIN L d = diâmetro do núcleo da fibra (µm) λ = comprimento de onda de operação (µm) α L = atenuação da fibra (db/km) f = largura da faixa da fonte luminosa (GHz) Espalhamento de Raman estimulado Ocorre também a partir de um certo limiar de potência luminosa, mas com transferência de potência na direção de propagação, sendo o limiar de até três ordens de magnitude superior, dado por: P RAMAN = 5,9 10 d λ α L 9
Os efeitos do espalhamento de Raman, como o de Brillouin, não são usualmente observados em fibras multimodo em razão das dimensões do núcleo serem relativamente grandes. 1.3 Perdas por curvaturas As fibras ópticas estão sujeitas a perdas de transmissão quando submetidas a curvaturas que podem ser classificadas em dois tipos:! Macrocurvaturas - curvaturas cujos raios de curvatura são grandes comparados com o diâmetro da fibra (ex.: quando um cabo óptico dobra um canto ou uma esquina)! Microcurvaturas curvaturas microscópicas aleatórias do eixo da fibra cujos raios de curvatura são próximos ao raio do núcleo da fibra (ex.: quando as fibras são incorporadas em cabos ópticos). Existe um raio de curvatura crítico a partir do qual as perdas por curvaturas passam a ser muito importantes: R crítico 3n 4π ( n 1 1 x λ n ) 3 Sendo que no caso de fibras monomodo costuma ser aproximada: (comprimentos de onda em torno de 1µm) R crítico ( n 1 0 λ λ.(,748 0,996 ) 3 n ) λc As curvaturas têm o efeito de diminuir o número de modos propagados, melhorando a capacidade de transmissão em fibras multimodo. Na fibra monomodo considerando-se a curvatura em comprimentos superior a 1 metro, recomenda-se trabalhar com raios de curvatura mínima equivalentes ao dobro do raio crítico. As perdas por curvaturas em fibras monomodo, cujos raios de curvatura não forem superiores a 5 cm não são significativos. 3 10
Dispersão Resulta dos diferentes atrasos de propagação dos modos que transportam a energia luminosa, tem pôr efeito a distorção dos sinais transmitidos, impondo uma limitação na sua capacidade de transmissão. Na transmissão digital, o espalhamento dos pulsos óptico resultante da dispersão, determina a taxa máxima de transmissão de informação (bps) através da fibra. Na transmissão analógica, a distorção do sinal óptico transmitido produz se uma limitação da banda passante (Hz) da filtra óptica. Existem três mecanismos básicos da dispersão em fibra óptica com implicações distintas segundo o tipo de fibra: Dispersão modal ou intermodal caracteriza se por afetar a transmissão em fibras multimodo e resulta do fato de cada modo de propagação, para um mesmo comprimento de onda, ter uma diferente velocidade (de grupo) de propagação. Dispersão material (Dispersão cromática ou intermodal) Dispersão do guia de onda Essa dispersão é resultante da dependência da velocidade (de grupo) de propagação de um modo individual com relação ao comprimento de onda. Esse efeitos aumentam com a largura espectral da fonte luminosa. Fontes Luminosas e Fotodetectores As fontes luminosas e os fotodetectores usados em comunicações ópticas são realizados com materiais semicondutores e usam propriedades elétricas e ópticas peculiares a esses materiais. Essas propriedades são determinadas pela estrutura das bandas de energia permitidas para os elétrons, quando os átomos desses materiais são dispostos numa rede cristalina. 11
Bandas de Energia Num semicondutor intrínseco (sem a presença de impurezas dopantes) à temperatura de zero grau absoluto, os átomos estarão ligados entre si por ligações covalentes, de maneira que cada átomo consiga completar sua última camada eletrônica com os elétrons dos seus vizinhos. Nesta situação, todos os níveis de energia da chamada banda de valência estarão ocupados com elétrons, não há possibilidade de condução elétrica. Em temperaturas diferentes de zero, o efeito da agitação térmica da rede cristalina consiste em fazer com que alguns elétrons se libertem dessas ligações covalentes, ocupando estados de energia superiores, e deixando vagos alguns estados na banda de valência. Surge a condutividade, que cresce com a temperatura. Banda de Condução Eg Banda Proibida Banda de Valência Vários mecanismos podem ser responsáveis pelo bombeamento de elétrons da banda de valência para a banda de condução. Os principais mecanismos são: # Agitação térmica sempre presente em temperaturas não-nulas. # Absorção de fótons suficientemente energéticos para vencer a banda proibida (band gap) fotodetectores. # Injeção de elétrons presente em fontes luminosas. 1
Mecanismos de fotogeração Os elétrons da banda de condução acabam retornando para a banda de valência, esse processo é chamado de recombinação, pois nele o elétron se recombina com uma lacuna, liberando energia. Essa energia é liberada na forma de um fóton, dando-se o nome dessa recombinação de fotogeração. Recombinação (espontânea): elétron + lacuna fóton Banda de Condução elétron Eg Banda de Valência lacuna hf hc = Eg λ Além de conservar a energia, a recombinação deve também conservar o momentum. Como o momentum do foton é muito pequeno quando comparado com os elétrons e lacunas; isso significa que o elétron e a lacuna devem ter momentos semelhantes para se recombinarem radiavamente, ou seja, a emissão de um fóton. Se isso não acontecer, a recombinação exigirá a presença de uma terceira partícula capaz de ceder momentum, os fonons, que pode ser produzida por vibrações da rede cristalina. Com a necessidade de fonons torna a recombinação menos provável, resulta que o processo é mais eficiente (para gerar luz) naqueles materiais onde eles não são necessários. Esses materiais são conhecidos como materiais de recombinação direta, ou banda proibida direta. A necessidade de recombinação direta em fontes semicondutores impede o uso de materiais simples, como o silício e o germânio. São usados materiais compostos como, o arseneto-fosfeto (GaAs) de o arseneto de gálioalumínio (Ga x Al 1-x As) e arseneto-fosfeto de gálio-índio (In x Ga 1-x AsP), nos quais a recombinação é direta. Além da recombinação espontaneamente, essa também pode ser estimulada pela presença de um fóton: 13
Recombinação (estimulada): 1 elétron + 1 lacuna + 1 fóton fótons Na recombinação estimulada: o novo fóton gerado tende a ser emitido com a mesma fase do fóton que a estimulou. Por isso, o predomínio da recombinação estimulada sobre a espontânea que ocorre nos diodos lasers, está associado a produção de uma luz mais coerente. A recombinação estimulada é um mecanismo de ganho óptico, podendo ser utilizado em amplificadores ópticos e osciladores (lasers). Fontes Semicondutoras Existem dois tipos básicos de fontes ópticas semicondutoras: os diodos eletroluminescentes (Light Emittind Diodes, ou LED s) e os diodos lasers (DL s). A palavra laser é uma sigla derivada de Light Amplification by Stimuladed Emission of Radiation (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação) A diferença básica entre esses dois tipos de fotoemissores está em que, no LED predomina o mecanismo de fotogeração por recombinação espontâneas, enquanto no diodo laser predomina a emissão estimulada de luz, quando opera acima do limiar de oscilação. Para que a emissão predomine é necessário que a distribuição de elétrons pelos níveis de energia se afaste significativamente da distribuição de equilíbrio térmico. Isso exige algum tipo de bombeamento de elétrons para os estados excitados, que nas fontes ópticas semicondutoras é representado pela injeção de elétrons na banda de condução da região do tipo p, ou pela injeção de lacunas na região do tipo n. Acima de um curto nível de injeção de corrente, o desequilíbrio da distribuição é suficiente para gerar o predomínio da emissão estimulada, e o diodo laser passa a atuar como tal. Abaixo desse nível de injeção de corrente que o diodo laser atua como led. 14
Diodos Eletroluminescente (Led) São equipamentos simples, baratos e confiáveis. Desvantagens em relação aos Dl s: Espectro mais largo da luz gerada Menos eficiência do acoplamento de luz na fibra Limitações acentuadas na velocidade de modulação Em virtude desses motivos os LED S são em geral utilizados em sistemas de transmissão de menor capacidade, como: Primeira janela (800-900nm) pode ser utilizada em sistemas de até 00mHz aproximadamente. Segunda janela de transmissão (1300nm) o limite da sua capacidade de modulação que é entre 100 a 00 Mbps. Dependendo da geometria do dispositivo podem ser classificados como a dos LED s de emissão por superfície Burrus e o dos LED S de emissão lateral. Diodo Laser A estrutura é semelhante a dos LED S de emissão lateral. O dispositivo é dimensionado para que os campos ópticos guiados entrem em oscilação uma potência óptica maior do que a unidade de corrente injetada. O mesmo de oscilação que gera uma radiação mais coerente, com espectro mais estreito e feixe mais diretivo. Os sistemas são: diodos Laser Fabry Perot, Laser Monomodo. *Fabry- Perot- realimentação positiva, dois espelhos paralelos, recombinação estimulada. 15
Fotodetectores Nos sistemas baseados na detecção direta da potência luminosa, os fotodetectores são os componentes que recebem a luz transmitida pela fibra e converte-a em corrente luminosa. Para que o sistema tenha o maior alcance possível, são requisitos do sistema: Alta resposta ou sensibilidade na emissão da gama do comprimento de onda da fonte óptica utilizada; Mínima adição de ruído no sistema Velocidade de reposta dinâmica ou suficiente largura de banda para controlar a taxa de dados desejada. O mecanismo básico da conversão de luz em corrente pelo material semicondutor é a fotoionização, pela qual a energia do fóton é usada para tirar o elétron da banda de valência para a banda de condução. Camada de condução Eg (ev) Fóton Camada de Valência Figura - Fotogeração por recombinação direta 16
Através da fotoionização, os fótons geram portadores de carga. Para gerar corrente elétrica é preciso que um campo elétrico movimente estes portadores antes que eles se recombinem no interior do dispositivo. Por isso, a estrutura semicondutora de um fotodetector deve concentrar a absorção de luz em regiões onde haja campo elétrico e poucos portadores com os quais os elétrons e lacunas fotogerados possam se recombinar. A estrutura básica do fotodetecor é junção pn reversamente polarizada. A polarização reversa aumenta a barreira de potencial associada à junção pn, através do alargamento da região de depressão. A aplicação de tensão positiva no lado n em relação ao lado p atrai os elétrons do lado n e lacunas do lado p (portadores majoritários) para longe da junção, alargando a região depressão até que a barreira de potencial seja igual a tensão aplicada. Os fotoelétrons e fotolacunas gerados dentro da região de depressão alargada são rapidamente separados, acelerados em sentidos opostos pelo campo elétrico da região de depressão, e coletados contribuindo assim para a fotocorrente. Os portadores gerados nas proximidades de região de depressão, até um comprimento médio de difusão limitada pôr recombinação, contribuem para a fotocorrente em sua maioria, mas com atraso em relação a sua geração. Para que o dispositivo apresente alto rendimento e boa resposta dinâmica, é necessário que a luz seja absorvida tanto quanto possível apenas na região de depressão. Para isso, é necessário que a largura da região de depressão seja muitas vezes maior que α-1, onde α é o coeficiente de absorção do material. 17
FOTODIODO PIN O alargamento da região de depressão não exige necessariamente que as tensões de polarização reversa sejam muito altas. Se a estrutura do dispositivo impuser o desequilíbrio entre os níveis de dopagem nos lados p e n da junção, a região de depressão tende a um alargamento proporcionalmente maior para o lado mais levemente dopado. Se colocarmos entre os dois lados material não dopado, a região de depressão ocupará toda a camada intrínseca, onde o campo elétrico será constante, qualquer que seja a tensão reversa aplicada. Essa situação representa idealmente o funcionamento do fotodiodo PIN. O fotodetector tem duas características importantes: a eficiência quântica e velocidade de resposta. Essas características dependem da band-gap do material, comprimento de onda, e da dopagem e densidade dos substratos p, i, n. Tabela: Energia de Gap Material Eg ( ev) λ cut off (nm) Si 1.17 1.06 Ge 0.775 1.6 Ga As 1.44 0.8 In P 1.35 0.9 InGaAs 0.75 1.65 In Ga As P 0.75 1.35 1.65 0.9 A eficiência quântica η é o número de pares de elétrons lacunas gerados pela energia do fóton incidente hv. 18
η = I p q Po hv A performance do fotodiodo é caracterizada pela responsividade Rpin, definida como a relação entre a corrente gerada e a potência óptica incidente. R pin I p = P o ηq = hv Ruído no Fotodetector Num enlace de comunicações ópticas com detecção direta, a entrada do fotodetector é o ponto onde potência do sinal atinge o nível mínimo. Por isso, o desempenho de um fotodetector depende muito da sua capacidade de não gerar ruído novo nem amplificar os ruídos misturados ao sinal. No caso da transmissão digital, a detecção de um pulso óptico sofrerá os seguintes fatores de contaminação: Corrente escura Dark current, gerada no interior do dispositivo mesmo na ausência de luz incidente, pela excitação de elétrons que sobem da camada de valência para a de condução, com energia fornecida pela agitação térmica da rede cristalina; Ruído balístico Shot noise, associado tanto a corrente escura como a fotocorrente, gerado pela granularidade da corrente elétrica, que não é um fluxo contínuo de carga e sim um movimento de unidades distintas de carga geradas sob o regime estatístico de Poisson. Isso provoca flutuações estatísticas no valor instantâneo da corrente. ruído térmico, presente na carga resistiva que recebe a fotocorrente, juntamente com seus contaminantes, para posterior amplificação. CORRENTE ESCURA 19
Sendo causada pela energia térmica, a corrente tende a ser maior nos materiais em que a banda proibida é mais estreita, e fatores estruturais da rede cristalina também podem ser determinantes. O silício tem a banda proibida mais larga e a menor corrente escura: cerca de 10-7 A/cm. A área transversal do fotodetector deve ser a da fibra de (10µ) = 10-6 cm no caso da fibra monomodo. Portanto é possível fazer fotodiodos de silício com corrente escura da ordem de 1 pa, sendo que os sistemas da primeira janela de transmissão são apenas degradados pela corrente escura. Nos comprimentos de onda superiores, é necessário usar materiais com banda proibida mais estreita. Por exemplo: o germânio apresenta corrente escura de 10-3 A/cm, resultando em correntes de 10nA sem luz sobre o fotodetector; a corrente escura do InGaAs depende dos teores relativos de índio e do gálio, mas gira em torno de 10-5 A/cm. RUÍDO BALÍSTICO Quando a corrente é constante no tempo, o ruído balístico é estacionário, sendo então possível caracterizá-lo por sua densidade espectral de potência. Para uma corrente constante I supõe-se que a carga seja transportada em pulsos de área e, que representam os elétrons. i(t) e I t 1 t t 3 t 4 t5 t 0
Figura 3 - Corrente i(t) gerada pelo fotodiodo PIN A forma desses pulsos depende da movimentação de portadores, mas essa movimentação é sempre muito rápida quando comparada com a inércia dos sistemas por onde a corrente passará. Não há perda de generalidade ao se tomar os pulsos de área e, como retangulares com duração pequena e altura e/. Fazendo suficientemente pequeno, a probabilidade de dois elétrons serem gerados, num intervalo de duração, pode ser desprezada. Num intervalo de duração, podem-se considerar apenas duas hipóteses: geração de único elétron, ou nenhuma geração. Como a densidade espectral é constante, o ruído balístico pode ser então ser modelado como um ruído branco, para efeito da análise da degradação de desempenho por ele causado. A validade deste modelo está restrita a faixa determinada pelo tempo de movimentação dos portadores no dispositivo. O ruído balístico dos fotodiodos PIN costuma ser suplantado pelo ruído térmico nos receptores a transistor bipolar; ou pelo ruído balístico dos FET s, nos receptores a FET. Modulação OOK (on Off Keying) A modulação OOK pode usar vários formatos. Os mais comuns são NRZ (Non-return-to-zero), RZ e Short Pulse. Demodulação O receptor deve trabalhar numa BER aceitável, hoje na taxa de 10-1, isto é, um bit errado a cada terabit de dados transmitidos, em média. Essa precisão envolve dois passos: a) Sincronismo, clock e b) Determinando o bit que foi transmitido. 1