E as questôes? CIE cores Carbono artigo? Eficiência de emissores de luz

1. E as questôes?CIE coresCarbonoartigo? Eficiência de emissores de luz 20110411

2. 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.

3. 1s22s22p2 Bandas de energia de níveis permitidos no diamante

4. Artigo + Eficiencia APRIL 30, 2009http://www.cree.com/press/press_detail.asp?i=1241094842732 The cool whiteXLamp XP-G provides139 lumens and 132 lumens per Watt at 350 mA.

5. LED

6. Eficiência APRIL 30, 2009http://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-AFA619E5A82A1358 Published 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

7. 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?

8. E o futuro?

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 DT (bolômetro) • Termopilha • Piroelétrico • Geralmente lentos, com exceção do piroelétrico • Resposta uniforme em toda a faixa espectral

17. Definições e Figuras de mérito R = Responsividade t = 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 l? • Qual é a freqüência de modulação que o detector pode responder?

18. 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.

19. 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 Df [Hz] • Vn = voltagem do ruído medido com Df [Hz] • Então:

20. Alguns valores NEP http://www.judsontechnologies.com/ImagePDFfiles/32A.pdf

21. 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 l, é usada a notação D*(l,900,1) • Unidades de D* [Hz1/2 W-1]

22. Alguns valores de D*

23. 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. R = Resposta (responsividade) Onde Vs = voltagem sinal I = densidade de potência A = área do detector • A resposta R de um detector especifica sua resposta à unidade de irradiança

24. Alguns valores de D* e R - InGaAs Para diferentes cutoff

25. Judson – InGaAs e Ge Ge InGaAs em diferentes “cutoff”

26. Algumas curvas de resposta espectral e sensibilidade radiante

27. 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 t estão geralmente relacionadas a través da equação: • Curva típica da dependência da resposta com a freqüência de um detector

28. 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)

29. PD sem ganho PD com ganho (APD) 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. • Ruído de fótons • Tb denominado “shot noise” ou ruído quântico, estatística de Poisson. • Ruído de fotoeletrons • Processo de fotodetecção randômico

30. Noise Power Frequency Noise Power Frequency 1/f noise Noise Power Fc Frequency Ruído Ruído Johnson (Gaussiano e branco) Shot noise (Gaussiano e branco) Ruído “1/f”

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

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

33. 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.

34. Características essenciais na montagem de PMT

35. Corte transversal de uma PMT

36. Algumas características dos dinodos • Muitos materiais emitem, em média, d 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 d > 1, teremos amplificação • Assim teremos para N dinodos a geração de dN elétrons

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

38. Superfícies fotoemissivas de PMT’s

39. Multiplicador de elétrons ou channeltron

40. Temas de apresentações (sugestão ~30’ a 40’)para o dia 25/04 • Gabriel - CIE • Gustavo - NEP, D*, BLIP • Tarcisio - R • Thiago - ruído

41. Aula que vem: continuação sobre detectores