1

• E as questôes?

CIE cores

Carbono

artigo?

Eficiência de emissores de luz

20110411

Interpretação do diagrama de cromaticidade CIE

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

3

Bandas de energia de níveis permitidos no diamante

1s22s22p2

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.

4

5

LED

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

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?

7

E o futuro?

8

9

Aula anterior

• OLED

• Diodo laser, cavidade horizontal, cavidade

vertical, homo-heterojunção.

• Outras fontes de luz: relâmpago? Arco,

sincrotron, fonte radioativa

10

Aula de hoje

Dispositivos detectores ópticos

11

Sistema de comunicações ópticas

12

Diagrama funcional de um receptor

13

Dispositivos detectores de luz

• Geral

• Figuras de mérito num detector

• Fotomultiplicadora PMT

• Fotodiodos: PIN, APD

• Outros

14

Algumas considerações

• 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

15

Curva de atenuação espectral

16

Tipos de detectores

Fotônicos • Fotoemissão• Fotocondutividade• Fotovoltaico• Filme fotográfico

Térmicos • Abs de fótons gera

bolômetro• Termopilha• Piroelétrico

Geralmente lentos, com exceção do piroelétrico

Resposta uniforme em toda a faixa espectral

17

Definições e Figuras de mérito

R = Responsividade

= 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 ?• Qual é a freqüência de modulação que o detector pode

responder?

20

Definições – NEP (Noise Equivalent Power)

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

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.

21

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 f

[Hz]

• Vn = voltagem do ruído medido com f

[Hz]

Então:

22

Alguns valores NEP

http://www.judsontechnologies.com/ImagePDFfiles/32A.pdf

23

D* = Detectivity

• 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 é usada a notação D,900,1

• Unidades de D* [Hz1/2 W-1]

24

Alguns valores de D*

25

• A resposta R de um detector especifica sua resposta à unidade de irradiança

R = Resposta (responsividade)

• 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.

Onde

Vs = voltagem sinal

I = densidade de potência

A = área do detector

26

Alguns valores de D* e R - InGaAs

Para diferentes cutoff

27

Judson – InGaAs e Ge

InGaAs em diferentes “cutoff” Ge

28

Algumas curvas de resposta espectral e sensibilidade radiante

29

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 estão

geralmente relacionadas a través da equação:

• Curva típica da dependência da resposta com a freqüência de um detector

30

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)

31

• 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.

PD sem ganho PD com ganho (APD)

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”

33

Eficiência quântica

Correspondência direta entre # de fótons absorvidos e # de portadores de carga gerados que são subseqüentemente usados no circuito elétrico

34

Detectores fotoemissivos• Baseados no efeito fotoelétrico e geração de portadores de carga. • Fotodiodos à vácuo e à gás, PMT e Photo-channeltron

35

Fotomultiplicadora - PMT

• Impacto inicial sobre material fotoemissivo

• Posterior emissão secundaria de elétrons a través de dinodos

• Multiplicação considerável de elétrons

• Ganho de 109 elétrons no anodo por fotoelétron (pulso)

• Ganho de 107 em modo continuo• E.g. pulso de 2ns no anodo com

109 fotoelétrons gera 4V numa RL de 50

• Contador de fótons• D* até 1016 cm Hz1/2 W-1, só o olho

humano é capaz de detectar 10 fótons no azul que se aproxima a esse valor.

36

Características essenciais na montagem de PMT

37

Corte transversal de uma PMT

38

Algumas características dos dinodos• Muitos materiais emitem, em média, novos elétrons por cada elétron

que colide na sua superfície.• Se a energia cinética do elétron incidente for suficientemente

energética, entre 100 e 200 eV, então > 1, teremos amplificação• Assim teremos para N dinodos a geração de N elétrons

39

http://www.olympusmicro.com/primer/flash/photomultiplier/index.html

40

Superfícies fotoemissivas de PMT’s

41

Multiplicador de elétrons ou

channeltron

Temas de apresentações (sugestão ~30’ a 40’)

para o dia 25/04

• Gabriel - CIE

• Gustavo - NEP, D*, BLIP

• Tarcisio - R

• Thiago - ruído

42

Aula que vem: continuação sobre detectores

43