RECEPTORES+OPTICOS

El receptor óptico consiste en un dispositivo de fotodetector y una etapa de amplificación electrónica y el filtrado.La calidad de un receptor óptico se mide por su sensibilidad, que especifica el mínimo exigido, la salida de luz de una determinada actuación en términos de relación señal/ruido (S/N) o la tasa de errores de transmisión. Los detectores de luz semiconductores se basan en la colección en un circuito eléctrico externo de los portadores de carga generados por fotones absorbidos dentro del material. En semiconductores no dopados la anchura de la banda prohibida determina la máxima longitud de onda detectable. Para longitudes de onda mayores el material se hace transparente y no hay absorción de fotones ni, por tanto, generación de pares electrón-hueco. Para longitudes de onda mucho más cortas la absorción es muy grande y los fotones se absorben muy cerca de la superficie, lo que disminuye la eficiencia. El silicio es un buen material para detectores de en el espectro ultravioleta, visible e infrarrojo para longitudes de onda desde 300[nm] hasta 1.1 [um]. Para longitudes de onda menores el silicio se deteriora por lo que se recurre a otros materiales con banda prohibida más ancha como el Nitruro de Galio (GaN). Para la zona infrarroja e infrarroja lejana se utilizan materiales de banda prohibida estrecha como el arseniuro de indio (InAs), el sulfuro de plomo (PbS) o el teluruno de cadmio y mercurio (HgCdTe). Este último permite detectar longitudes de onda de hasta 12 [um]. Actualmente la mayoría de los detectores están formados por varias capas delgadas de semiconductoras con distintas composiciones y dopajes. Además se añaden capas aislantes, recubrimientos antirreflectantes para disminuir las perdidas por reflexión, filtros multicapa para modular la respuesta espectral y capas metálicas para los contactos metálicos. Las capas se depositan sobre un sustrato según técnicas de deposición mencionadas anteriormente y los dispositivos se preparan por fotolitografía. Los dispositivos semiconductores como diodos y transistores utilizan semiconductores tipo p y tipo n acoplados. En la práctica los dos tipos de semiconductores se incorporan a menudo en un solo cristal de silicio dopado en un lado por impurezas donadoras y en el otro lado por impurezas aceptoras. **Figura 1: Ejemplo de Dispositivo Semiconductor**
 * 1. INTRODUCCION **
 * 2. DESAROLLO **
 * 2.1. SEMICONDUCTORES DETECTORES DE LUZ **

** Fuente: Libro: Física para la ciencia y tecnología (5ta Edición) **** Consultado: 7/04/2013 ** Hay dos tipos de dispositivos que se suelen usar para detectar la energía luminosa en los receptores de comunicación con fibra óptica los fotodiodos PIN(tipo p-tipo n intrínseco) y los APD(fotodiodos de avalancha) Este es un fotodiodo de capa de agotamiento, y es probable que sea el dispositivo más usado como detector de luz en los sistemas de comunicaciones.
 * 2.2. FOTODIODOS **
 * 2.2.1. FOTODIODOS PIN **

**Figura 2: Construcción de un fotodiodo PIN**

**Libro: Sistemas de comunicaciones electrónicas. Página 459.****Recopilación: 06/04/2013** figura muestra el esquema básico de un diodo PIN. Una capa dopada muy ligeramente de material semiconductor tipo //n// se encierra entre la unión de las dos áreas de contacto tipo //p//y tipo //n// ambas muy dopadas. La luz entra al dispositivo a través de una ventana muy pequeña y cae sobre el material intrínseco carente de portadores. El material intrínseco se hace lo suficientemente grueso como para que la mayoría de los fotones que entren al dispositivo queden absorbidos por esta capa. En esencia el fotodiodo PIN funciona exactamente al contrario que un LED. **2.2.2. FOTODIODOS APD ** Un APD es una estructura //pipn//. La luz entra al diodo y se absorbe en la capa //n,// delgada y muy dopada. Entre la unión //i-p-n// se desarrolla una gran intensidad de campo eléctrico, por polarización inversa, que causa ionización por impacto. Durante la ionización por impacto un portador puede adquirir la energía suficiente para ionizar otros electrones enlazados. Estos portadores ionizados a su vez provocan más ionizaciones, el proceso continua como en una avalancha. **Figura 3: Construcción de un fotodiodo APD** ** Libro: Sistemas de comunicaciones electrónicas. Página 460. ** **Recopilación: 06/04/2013**

**2.3. PARAMETROS COMERCIALES DE RECEPTORES OPTICOS** Figura 4: Receptor Optico(canal directo)

 <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: center;"> Fuente:http://www.televes.com/es/content/man-8675-es

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: center;">Figura 5: Receptor Optico(canal de retorno) <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: center;"> <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: center;">Fuente:http://www.televes.com/es/content/man-8675-es

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: justify;"> **2.4. RELACION SEÑAL A RUIDO** <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: justify;"> La capacidad de un receptor óptico para detectar señales de luz débiles depende de su sensibilidad y en particular del ruido propio. Los agentes causantes del ruido son la señal óptica, el diodo en sí y el circuito eléctrico que le sigue. El límite en cuanto a detección se da cuando la suma de todas las corrientes de ruido (cuántico, de la corriente de oscuridad, granular, térmico) iguala a la corriente de la señal a la salida del receptor. Esta potencia equivalente al ruido suele ser sin embargo menos importante que la potencia óptica (mínima) requerida para garantizar la deseada relación señal/ruido o tasa de error. <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: justify;">Pueden presentarse alguna o todas las fuentes de ruido siguientes:


 * 1) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; line-height: 1.5;">- Ruido granular en la corriente media de la señal
 * 2) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; line-height: 1.5;">- Exceso de ruido granular en la corriente media de la señal, debido al ruido en la multiplicación de avalancha.
 * 3) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; line-height: 1.5;">- Ruido creado por la corriente de oscuridad del detector.
 * 4) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; line-height: 1.5;">- Ruido procedente del amplificador.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: justify;">Incluso con un APD perfecto, hay un límite fundamental en el cual el rendimiento sólo depende del ruido granular en la corriente media de la señal. Corrientemente se le denomina límite cuántico, ya que los electrones de la corriente de señal están relacionados directamente con los fotones ópticos. Se puede demostrar que deben recibirse al menos 21 fotones para un “l” si se quiere obtener una tasa de error de 10-9 en sistemas digitales. <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: justify;">Supongamos que la relación a ruido eléctrica SNR=S/N de un recertor alcanza su valor minimo tolerante para la grantizacion de calidad para una potencia de señal óptica. Si se intercala un amplificador óptico previo del receptor la relación señal a ruido pasa a ser:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Donde N` representa el ruido debido a emisión espontanea y convertido a fotocorriente por el detector. El nuevo valor minimo de potencia que hace falta para mantener el nivel de calidad exigido vendrá dado por:



<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; text-align: justify;">Otras consideraciones son la relación señal/ruido para los receptores analógicos y la tasa de errores (número de bits equivocados recibidos) para receptores digitales. Se debe notar que la fuente principal de ruido en el receptor es la etapa amplificadora que sigue al fotodetector.


 * 2.5. BER (Bit Error Rate).- ** En comunicación analógica, la calidad de la señal esta especificada en la relación señal a ruido (S/N) que esta expresado usualmente en decibeles. En transmisión digital, la calidad de la señal digital recibida esta expresada en términos de BER (Bit Error Rate, tasa de error de bit) el cual es el número de errores en un numero dado de bits transmitidos.

La tasa de error de bit se calcula como el cociente entre el número de bits erróneos y el número de bits transmitidos .
 * Métodos de detección de errores.- ** Los métodos principales para la detección de errores son:


 * Comprobación de la paridad.- ** En este método se agrega un bit llamado bit de paridad a cada palabra de dato. El bit adicional es elegido entre paridad par o impar. Cuando un solo error o un número impar de errores ocurren durante la transmisión la paridad de la palabra cambia. La paridad de la palabra es comprobada cuando se termina de recibir y cuando se detecta una violación de las reglas de paridad se indica que hubo error o errores en alguna parte de la palabra recibida.



Paridad par e impar Fuente: Gupta P. C. (2006), //Data Communications and Computer Networks,// New Delhi: India, Prentice- Hall of India Private Limited

Cuando se tiene un numero par de errores ya sea par o impar, los errores no son detectados porque el resultado de la paridad no cambia, es por eso que este método tiene sus limitaciones, es recomendable usarlo en la transmisión de un solo byte de información



Fuente: Gupta P. C. (2006), // Data Communications and Computer Networks, //

New Delhi: India, Prentice- Hall of India Private Limited

** Resumen de la comprobación de detección de errores.- ** Este método consiste en transmitir un resumen de la comprobación de detección de errores con cada bloque de bytes de datos. Ocho bits (byte) de un bloque de datos son añadidos en un acumulador de 8 bits. El resumen es el resultado de la suma en el acumulador. Siendo un acumulador de 8 bits, el bit más significante del resultado de la suma es ignorado



Fuente: Gupta P. C. (2006), // Data Communications and Computer Networks, //

New Delhi: India, Prentice- Hall of India Private Limited

** Comprobacion cíclica redundante (CRC).- ** Este método es en la actualidad el más usado. Este código provee una buena medida de protección, con un bajo nivel de redundancia puede ser fácilmente implementado usando registros cambiantes o software. Un palabra codificada con CRC tiene una longitud l con n bits de datos que es referido como (l.n) el código cíclico contiene (l-n) bits de comprobación.


 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS **

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Daniel P. Francisco R. <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; line-height: 1.5; text-align: justify;">Sistemas de Comunicaciones Opticas. Editorial: Valencia, España <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">María Carmen. (2005). <span class="apple-converted-space" style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> Comunicaciones Opticas.Editorial: Madrid, España

España B. M. C. (2003), //Servicios avanzados de telecomunicación /Advanced telecommunications services,// Madrid: España, Ediciones Diaz de Santos

Gupta P. C. (2006), //Data Communications and Computer Networks,// New Delhi: India, Prentice- Hall of India Private Limited

<span style="display: block; font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Tomasi, W., (2003), Sistemas de comunicaciones Electronicas.(4ta. Edición). Mexico.

(Estudiante: Jumer P. Ramos Jacobo ) en 6 de Abril del 2013 (Estudiante: Henry M. Apaza Lujan) en 7 de abril del 2013 (Estudiante: Cesar M. Cabrera Vasquez ) en 7 de Abril del 2013 (Estudiante: Jorge J. Lujan Apaza) en 7 de Abril del 2013 (Estudiante: Oscar A. Rodriguez Bocanegra) en 7 de Abril del 2013 (Estudiante: Gil Monteiro) en 8 de Abril del 2013
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