Sistema WDM de 4 canais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

O presente relatório apresenta uma análise optoeletrónica de uma heteroestrutura semicondutora empilhada de fotodíodos PIN, baseada numa liga de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H – Hydrogenated Amorphous Silicon) e silício de carbeto amorfo hidrogenado (a-SiC:H –Hydrogenated Amorphous Silicon Carbide), cujos fotodíodos foram otimizados para deteção de sinais óticos no domínio do visível. O objetivo desta tese é analisar as capacidades da heteroestrutura nas redes WDM (Wavelength Division Multiplexing), para transmissão de sinais óticos a curta distância, com fibra óticas de plástico (POF – Plastic Optical Fiber) como meio de transmissão. O trabalho desenvolvido surge na sequência de trabalhos anteriormente desenvolvidos, onde foi realizada uma caracterização optoelectrónica da estrutura semicondutora sob diferentes condições de iluminação, variando o comprimento de onda e a radiação de fundo. A transmissão é feita através de quatro dispositivos LED (Light Emitting Diode) com as cores: violeta (400nm), azul (470nm), verde (525nm) e vermelho (626nm). É utilizada radiação de fundo frontal e posterior, de cor violeta, já que testes recentes concluíram ser a que mais beneficia a eficiência na deteção dos sinais. A caracterização optoeletrónica da estrutura semicondutora demonstra a influência da radiação de fundo de cor violeta nos canais de transmissão. A análise aos canais individuais verifica, além da influência da radiação de fundo, os níveis de potência ótica de cada canal. Para cada canal é calculado o ganho ótico obtido através da radiação de fundo pelo lado posterior e frontal. Pelos resultados obtidos é possível verificar que a radiação de fundo pelo lado frontal amplifica a fotocorrente dos canais vermelho e verde e atenua os restantes. Por sua vez, a radiação de fundo pelo lado posterior amplifica os canais violeta e azul e atenua os restantes. No complemento da análise individual é realizada uma análise WDM na qual é possível combinar os canais dois a dois, três a três e na presença de todos os canais. As medidas são realizadas sobre a presença e ausência da radiação de fundo de cor violeta para as quatro sequências binárias distintas e com diferentes níveis de modulação. A influência da radiação defundo pelo lado posterior e frontal e o ganho produzido através dos mesmos, permite descodificar as combinações binárias dos sinais transmitidos.

Abstract: This report presents an optoelectronic analysis of a stacked semiconductor heterostructure with PIN photodiodes, based on hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H), and a hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H), that were optimized to detect optical signals in the visible spectrum. The aim of this thesis is to analyze the hetero-structure capabilities in WDM (Wavelength Division Multiplexing) networks for the transmission of short range optical signals, using plastic optical fibers (POF) to propagate the signal. The work arises from previously developed studies, where a characterization of the optoelectronic semiconductor structure was performed, under different lighting conditions, and varying the wavelength and background radiation. The transmission is done using four visible LED (Light Emitting Diode) devices with the following colors: Violet (400 nm), Blue (470 nm), Green (525 nm) and Re d (626 nm). A violet front and back background radiation was used, because recent researches demonstrated that it was the most effective in signal detection. The optoelectronic characterization of the semiconductor structure verifies the influence of the violet background radiation in transmissions. Besides the influence of the violet background radiation, the analysis made to the individual channels also allows the measurement of their optical flux. For each channel, it is calculated the optical gain obtained from the exposure to front and back background radiation, and those results reveal that the front background radiation intensifies the photocurrent of the red and green channels while the other short wavelengthchannels are attenuated. On the other hand, the back background radiation amplifies the violet and blue channels, while the others are attenuated. Complementing the individual analysis, it is also done a transient signal analysis using multiple simultaneous signals, that showed that it is possible to combine the channels in pairs, in trios and altogether. The measurements were made under the presence and absence of violet background radiation, using different four binary sequences with distinct modulation frequencies. The influence of the background radiation (on both front and back device side), and the gain produced allowed the decoding of the binary combinations of the transmitted signals.