Departamento de Engenharia Electrotécnica e de ... · Porém, é difícil a determinação de α...

22
Prof. Carlos R. Paiva Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Instituto Superior Técnico Março de 2006

Transcript of Departamento de Engenharia Electrotécnica e de ... · Porém, é difícil a determinação de α...

Prof. Carlos R. Paiva

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Instituto Superior Técnico

Março de 2006

Teoria Elementar da Fotodetecção 1

1. Introdução A fotodetecção é um dos processos fundamentais de um sistema de comunicação óptica

juntamente com a fotoemissão e a transmissão (e controlo) tal como se indica na Fig. 1.

Figura 1 Blocos fundamentais de um sistema de comunicação óptica.

Na fotoemissão um laser semicondutor converte uma corrente eléctrica modulada (portadora

da informação) num sinal óptico (campo electromagnético radiado) que é captado por uma

fibra óptica. Na transmissão, o sinal óptico percorre a distância entre os pontos a ligar na

comunicação sendo aí amplificado (e.g., através de uma fibra amplificadora dopada com

érbio), controlado (e.g., através da gestão da dispersão) e distribuído (e.g., através de uma

rede óptica). Finalmente, junto à recepção, o sinal óptico é convertido novamente numa

corrente eléctrica através de um fotodetector.

Neste capítulo analisa-se, de um ponto de vista elementar e introdutório, a teoria da

fotodetecção. Os fotões, cada um com uma energia p h fω= =E , são aí convertidos em

electrões – designados, por isso, fotoelectrões – que vão assim constituir uma corrente

eléctrica.

Num laser a potência óptica emitida ( )P t relaciona-se com a intensidade óptica ( )I t

através da relação ( ) ( ) ( )P t I t σ ω= em que ( )σ ω representa a secção eficaz de transição.

Sendo ( )tφ a densidade do fluxo de fotões emitidos, tem-se então ( ) ( )pI t tφ=E com

( ) ( ) ( )it W tφ σ ω= e onde iW representa a taxa de transições induzidas (absorção e emissão

Fotoemissão Transmissão

& Controlo

Fotodetecção

Sistema de Comunicação Óptica

2 Carlos R. Paiva

estimulada). Note-se, com efeito, que [ ] WP = , [ ] 2WmI −= , [ ] 2mσ = , Jp⎡ ⎤ =⎣ ⎦E ,

[ ] 2 1m sφ − −= e [ ] 1siW −= .

( ) ( ) ( )( ) ( )

( ) ( )( )

( ) ( ) ( )p i

i

P t I t

I t t P t W t

W tt

σ ω

φ ω

φσ ω

=

= ∴ =

=

E . (1)

Num fotodetector é preferível falar no fluxo total de fotões ( )p tΓ que incide, em que

1sp−⎡ ⎤Γ =⎣ ⎦ , em vez da densidade do fluxo de fotões ( )tφ . Neste caso, tem-se então

( ) ( )p

p

P ttΓ =

E. (2)

Note-se, porém, que um receptor óptico (digital) é mais do que um fotodetector: deve possuir,

também, um amplificador, um filtro e um sistema de decisão. Este último deve decidir se o

sinal recebido corresponde a um bit “1” ou a um bit “0” em função de um limiar de decisão

(threshold) previamente estabelecido.

Num fotodetector ordinário (fotodíodo PIN) o sinal óptico recebido ( )p tΓ é

convertido num fluxo ( )e tΓ de fotoelectrões, com

( ) ( ) ( )e p d d

p

P tt tη γ η γΓ = Γ + = +

E. (3)

Designou-se por η a eficiência quântica do fotodetector, i.e., o número médio de

fotoelectrões produzidos por cada fotão recebido. O termo dγ representa o fluxo (suposto

constante) de electrões e corresponde à chamada corrente escura (dark current) di , i.e., à

corrente eléctrica devida à emissão espontânea de electrões quando não há sinal óptico

recebido. O circuito equivalente de um fotodíodo ideal é pois o indicado na Fig. 2. Sendo q a

carga do electrão, a corrente ( )i t gerada pelo sinal óptico será

Teoria Elementar da Fotodetecção 3

( ) ( ) ( ) , ,e d d dqi t q t R P t i R i qη γω

= Γ = + = =

onde se designou por R a responsividade do fotodetector, com [ ] 1AWR −= .

Figura 2 Circuito equivalente de um fotodíodo ideal.

2. Processo estocástico de Poisson e limite quântico da fotodetecção Uma variável aleatória x é uma regra que faz corresponder a cada resultado ζ de uma

experiência S um número ( )x ζ : ( )xζ ζ . Um processo estocástico ( )x t , por sua vez, é

uma regra que faz corresponder a cada resultado ζ uma função ( ),x t ζ : ( ) ( ), ,t x tζ ζ .

Quer ( )p tΓ quer ( )e tΓ em (3) são processos estocásticos de Poisson. O número

médio de acontecimentos (recepção de fotões ou produção de fotoelectrões) num intervalo

temporal [ ],s st t t T∈ + é dado por

( ){ } ( )E s

s

t T

tN t t dt m

+= Γ =∫ (4)

onde ,p eΓ = Γ Γ . Com efeito, a probabilidade de se ter ( )N t n= nesse intervalo temporal

obedece à distribuição de Poisson (Apêndice A)

( ){ } ePr!

n mmN t nn

= = . (5)

( )P t ( )i t

4 Carlos R. Paiva

Na Fig. 3 representa-se esta probabilidade, que se designa por nP , no caso concreto de se ter

12m = .

Vamos, agora, determinar o chamado limite quântico da fotodetecção, i.e., o número

médio de fotões que um fotodetector deve receber para detectar um bit de informação.

Admitimos que os bits “0” e “1” são equiprováveis e que não são transmitidos quaisquer

fotões para um bit “0”. Assim, um erro na detecção corresponde a não serem recebidos

quaisquer fotões quando um bit “1” foi transmitido. De acordo com (5), vem então

( ){ } 11 1Pr 0 |1 e2 2

meP N t −= = = . (6)

Figura 3 Probabilidade nP vs n− − de uma distribuição de Poisson, com 12m = , dada por (5).

Note-se que em (6) se considerou 1m por se tratar da recepção do bit “1”. Para uma

probabilidade de erro 910eP −= (BER=bit-error rate), que corresponde a um erro cometido

em 910 bits recebidos, resulta de (6) que

( )1 ln 2 20.03em P= − = . (7)

Teoria Elementar da Fotodetecção 5

O limite quântico da fotodetecção corresponde, portanto, a um número médio de

1 10 fotões/bit2mχ = = (8)

uma vez que

( )1 01

2 2m m mχ = = − (9)

dado que 0 0m = (não são recebidos quaisquer fotões para um bit “0”) e que os dois símbolos

são equiprováveis.

No caso de se considerar que 0 0m > , é necessário estabelecer um limiar α de

detecção: quando N α> foi recebido um bit “1” e quando N α≤ foi rcebido um bit “0”.

Consequentemente, virá

( ) { } { }1 1Pr | 0 Pr |12 2eP N Nα α α= > + ≤

( ) 0 10 1

1 0

1 1e e2 ! 2 !

n nm m

en n

m mPn n

α

α

α∞

− −

= + =

∴ = +∑ ∑ . (10)

Porém, notando que

0 00 0 0

0 1 0e e

! ! !

n n nm m

n n n

m m mn n n

α

α

∞ ∞

= = + =

= ∴ = −∑ ∑ ∑

é possível reduzir (10) a

( ) ( )011 0

0

1 1 1 e e2 2 !

mm n ne

nP m m

n

α

α −−

=

= + −∑ . (11)

O valor de α deve ser tal que minimize a probabilidade de erro. Considerando a diferença

6 Carlos R. Paiva

( ) ( )1e e eP P Pα α∆ = − −

virá

01 011 1e e2 ! 2 !

mme

mmPαα

α α−−∆ = − . (12)

Então, impondo 0eP∆ = , obtém-se de (12)

( ) ( ) ( ) ( )

1 0

1 0 1 0

2ln ln ln ln

m mm m m m

χα −= =

− − (13)

e onde o limite quântico da fotodetecção χ é dado por (9). O limiar da detecção 0α deverá,

deste modo, ser a parte inteira do número real α obtido através de (13), ou seja

[ ]0α α= . (14)

Assim, quando 0 0m > , o limite quântico da fotodetecção deixa de ser dado por (8) e

vai depender do valor 0m considerado. Para cada valor de 1m infere-se um novo valor de 0α

obedecendo a (13) e (14) e, recorrendo a (11), é então possível determinar a nova

probabilidade de erro.

Na Fig. 4 representa-se o valor normalizado ( )1 BEReP m em função de 1m para o

caso em que se considera 0 10m = e para 9BER 10−= . O limite quântico é, nestas condições,

consideravelmente diferente de (8) onde se considerou 0 0m = . Verifica-se, por exemplo, que

se tem de ter 1 82.3m = no gráfico da Fig. 4 por forma a garantir uma probabilidade de erro

910eP −= . O limite quântico da fotodetecção é, deste modo,

( )1 01 36.2 fotões/bit

2 2m m mχ = = − = (15)

Teoria Elementar da Fotodetecção 7

o que representa um valor superior a três vezes o obtido em (8).

Porém, é difícil a determinação de α para um dado valor da probabilidade de erro eP ,

i.e., inverter a expressão (11). Por essa razão é útil encontrar uma expressão aproximada para

( )eP α que seja analiticamente mais fácil de usar do que (11). Essa expressão aproximada

pode ser encontrada através dos limites de Chernoff ou, melhor ainda, dos limites de Chernoff

corrigidos.

Figura 4 Probabilidade de erro (normalizada a 9BER 10−= ) em função de 1m e para 0 10m = .

3. Limites de Chernoff corrigidos Usando os chamados limites de Chernoff corrigidos, vem

{ } ( )0

0 0 00 00

1Pr e exp , ,! 2

nm

n

m mN m mn m

α

α α ααπα

=

≤ = < −Θ >⎡ ⎤⎣ ⎦−∑ (16)

{ } ( )0

00 0 0

00

11Pr e exp , ,! 12

nm

n

mN m mn mα

αα α ααπα

∞−

=

+≤ = < −Θ <⎡ ⎤⎣ ⎦− +∑ (17)

onde

8 Carlos R. Paiva

( )0 00

, 1 ln mm mα αα

⎡ ⎤⎛ ⎞Θ = − +⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎣ ⎦. (18)

Nestas circunstâncias, a probabilidade de erro é

( ) ( )

( )( )

10 1 0

1 00

00 0

0 00

1 1 exp ,2 2

21 1 exp , 12 22 1

emP m

m

mm

α ααπα

α ααπ α

< −Θ⎡ ⎤⎣ ⎦−

++ −Θ +⎡ ⎤⎣ ⎦− ++

(19)

de acordo com (11).

Exemplo 1 Consideremos uma fibra óptica operada com um débito binário (bit rate)

100 Mb/sB = na portadora 0 0.8 mλ µ= . No fotodetector a potência óptica correspondente ao

bit “1” é 91 5 10 WP −= × enquanto que, para o bit “0”, se tem 9

0 10 WP −= . Para uma

eficiência quântica 0.9η = e uma corrente escura 91.5 10 Adi−= × , calcular a probabilidade

de erro eP usando os limites de Chernoff corrigidos.

Solução

Comecemos por calcular 0m e 1m . Tem-se 0 b dm m m= + e 1 5 b dm m m= + uma vez que

1 05P P= . O número de fotoelectrões correspondentes a 0P para o período 1 10nsBT B= =

será

0 0 0 36.25B Bb

P T P Tmhc

λη ηω

= = =

enquanto que o número de electrões correspondentes à corrente escura é

93.63d Bd

i Tmq

= = .

Teoria Elementar da Fotodetecção 9

Infere-se, assim, que 0 129.9m = e 1 274.9m = . O limiar da fotodetecção é, neste caso,

0 193α = de acordo com (13) e (14), uma vez que 193.4α = . Usando a expressão (11) exacta

obtém-se o valor 71.0301 10eP −= × . Usando a expressão (19) correspondente aos limites de

Chernoff corrigidos, vem 71.054 10eP −= × .

3. Aproximação gaussiana Para um detector com um limiar de decisão α e símbolos binários equiprováveis, a

distribuição gaussiana corresponde a uma probabilidade de erro

( ) ( ) ( )1 01 12 2eP f x dx f x dx

α

αα

−∞= +∫ ∫ (20)

em que

( )21 exp

22xf x

π⎛ ⎞

= −⎜ ⎟⎝ ⎠

(21)

( ) ( )0 10 1

0 0 1 1

E E1 1,x xf x f f x fσ σ σ σ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞− −= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠. (22)

e onde 0E e 1E são os valores médios e 0σ e 1σ os desvios padrão da variável de decisão

quando os símbolos “0” e “1” são transmitidos, respectivamente. Notando que

( ) ( )f x f x− = , tem-se

( ) ( )f x dx f x dxα

α

−∞ −=∫ ∫ (23)

pelo que

( ) ( ) ( )0 11 12 2eP f x dx f x dx

α αα

∞ ∞

−= +∫ ∫ . (24)

Fazendo a mundança de variável

10 Carlos R. Paiva

E ,xs d s d xσ−

= = (25)

obtém-se

( )21 Eexp ,

22a b s af x dx d s b

σπ−∞ −∞

⎛ ⎞ −= − =⎜ ⎟

⎝ ⎠∫ ∫ . (26)

Assim, definindo as funções

( )21 exp

22x sx d s

π −∞

⎛ ⎞Φ = −⎜ ⎟

⎝ ⎠∫

( ) ( ) ( )211 exp

22 x

sQ x x x d sπ

∞ ⎛ ⎞= −Φ = Φ − = −⎜ ⎟

⎝ ⎠∫ (27)

é possível reescrever (24) na forma

( ) 0 1

0 1

E E1 12 2eP Q Qα αα

σ σ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− −

= +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

. (28)

Atendendo a que

( ) ( )2exp , 0ax d x aaπ∞

−∞− = ℜ >∫ (29)

vem ainda ( )0 0.5Q = e ( ) 1Q −∞ = . Logo

( ) 1 1 erf2 2

xQ x⎡ ⎤⎛ ⎞

= −⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦. (30)

Teoria Elementar da Fotodetecção 11

em que a função de erro ( )erf x é dada por

( ) ( )2

0

2erf expx

x t dtπ

= −∫ . (31)

Na Fig. 5 apresentam-se os gráficos de ( )Q x e de ( )erf x no intervalo [ ]0,3x∈ .

Figura 5 Funções ( )erf x e ( )Q x .

Para facilidade de cálculo é usual escolher um limiar de decisão gα que não é o valor

óptimo, dado por (13) e (14), mas que permite igualar os dois argumentos em (28). Assim

0 1 0 1 1 0

0 1 0 1

E E E Eg gg

α α σ σασ σ σ σ− − +

= ∴ =+

. (32)

Então, definindo a relação sinal-ruído SNR (signal-to-noise ratio)

1 0

1 0

E Eρσ σ−

=−

(33)

12 Carlos R. Paiva

resulta de (28) que

( )eP Q ρ= . (34)

A aproximação gaussiana consiste em utilizar como razoável a distribuição gaussiana

para reproduzir a distribuição de Poisson, de forma que

1 01 0

1 0

m m m mm m

ρ −= = +

− (35)

uma vez que, na distribuição de Poisson, 0 0mσ = e 1 1mσ = . Nestas circunstâncias,

resulta de (32) que

0 1 1 00 1

0 1g

m m m mm m

m mα

+= =

+. (36)

Finalmente, ao substitui (36) em (34), obtém-se a aproximação gaussiana

( )1 0eP Q m m≈ − . (37)

A função ( )Q x pode ser calculada por integração numérica através de (30). No

entanto, ao integrar por partes, tem-se

( )2 2 2

2

1 1 12 exp exp exp2 2 2x x

s x sQ x s d s d ss x s

π∞ ∞⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

= − = − − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

∫ ∫ . (38)

Para 3x > é razoável utilizar a seguinte aproximação

( ) ( )2

11 exp

22xQ x Q x

x π⎛ ⎞

≈ = −⎜ ⎟⎝ ⎠

(39)

Teoria Elementar da Fotodetecção 13

de modo que, de acordo com (37), vem

( )1 1 0eP Q m m≈ − . (40)

Na Fig. 6 representa-se graficamente o erro relativo cometido ao aproximar ( )Q x através de

( )1Q x :

( ) ( ) ( )( )

1Q x Q xx

Q xε

−= . (41)

Figura 6 Cálculo do erro relativo ( ) ( ) ( )1 1x Q x Q xε = − .

Exemplo 2 Voltando ao exemplo numérico tratado no Exemplo 1, teremos então 0 129.9m =

e 1 274.9m = . Assim virá 1 0 5.18m mρ = − = a que corresponde, utilizando (40), uma

probabilidade de erro de 71.13 10eP −≈ × . Se se utilizar (37), virá 71.093 10eP −≈ × . Recorde-se

que o valor calculado através da distribuição de Poisson no Exemplo 1 foi de 71.0301 10eP −= × ; utilizando os limites de Chernoff corrigidos obteve-se 71.054 10eP −= × .

14 Carlos R. Paiva

O limite quântico da fotodetecção, correspondente a uma probabilidade de erro 910eP −= , pode agora ser facilmente calculado através da aproximação gaussiana, i.e.,

utilizando (37). Com efeito, para essa probabilidade de erro, infere-se de (37) que deve ser

5.9978ρ = . Mas então, de ( )1 0 2m mχ = − resulta finalmente

( )022

mρχ ρ= + (42)

de acordo com (35). Na Fig. 7 representa-se χ , o número de fotões por cada bit, em função

do ruído de fundo 0m para um 9BER 10−= .

Figura 7 Limite quântico da fotodetecção χ na aproximação gaussiana, dado por (42), em

função do ruído de fundo 0m . O valor obtido para 0 0m = está nitidamente acima do valor

exacto dado por (8), i.e., de 10 fotões/bit.

Teoria Elementar da Fotodetecção 15

Apêndice A – Distribuição de Poisson

Consideremos o caso da detecção de fotões no intervalo [ ],s st t t T∈ + . Admitiremos que se

trata de um processo estocástico estacionário: o número de fotões detectado não depende da

escolha do instante inicial st . Sendo m o valor médio de fotões, dado pela Eq. (4), deverá ter-

se

m pT= (A1)

onde p é a taxa média de detecção de fotões.

Para comodidade de notação designaremos doravante a probabilidade ( ){ }Pr N t n=

de detecção de n fotões no intervalo [ ],t t T+ por ( ),P n T . Com efeito, dado que o processo

é estacionário, não existe a necessidade de escrever ( ), ,P n t t T+ . Quando 0n = não são,

portanto, detectados quaisquer fotões no intervalo considerado. Qual será então a

probabilidade de ter 0n = no intervalo de duração T Tδ+ ? Será, de acordo com a notação

adoptada, ( )0,P T Tδ+ . Mas esta probabilidade é a probabilidade conjunta de não detectar

fotões no intervalo de duração T bem como no pequeno intervalo subsequente de duração

Tδ . Ter-se-à, consequentemente,

( ) ( ) ( )0, 0, 0,P T T P T P Tδ δ+ = . (A2)

Acontece, porém, que a probabilidade de detectar um fotão no intervalo Tδ é p Tδ .

Podemos, mesmo, considerar desprezável a probabilidade de detectar mais do que um fotão

nesse pequeno intervalo. Mas então,

( )0, 1P T p Tδ δ= − . (A3)

Logo, das Eqs. (A2) e (A3), obtém-se

( ) ( ) ( )0, 0,0,

P T T P Tp P T

Tδδ

+ −= − . (A4)

16 Carlos R. Paiva

No limite 0Tδ → , vem

( ) ( ) ( ) ( )0,0, 0, exp

d P Tp P T P T pT

dT= − ∴ = − (A5)

uma vez que deverá ser, como é óbvio, ( )0,0 1P = .

Consideremos, agora, o caso 1n ≥ . Neste caso, como ou não são detectados fotões no

intervalo Tδ ou apenas um fotão é detectado (uma vez que se despreza a possibilidade de

detectar mais do que apenas um fotão nesse intervalo elementar), é possível escrever

( ) ( ) ( ) ( ) ( ), , 0, 1, 1,P n T T P n T P T P n T P Tδ δ δ+ = + −

( ) ( )( ) ( ), , 1 1,P n T T P n T p T P n T p Tδ δ δ∴ + = − + −

donde se infere que, no limite 0Tδ → e para 1n ≥ ,

( ) ( ) ( ),, 1,

d P n Tp P n T p P n T

dT= − + − . (A6)

Para resolver a Eq. (A6) vai-se admitir – tal como esta mesma equação sugere – que se

tem ( ) ( ) ( ),P n T u T v T= . Pelo que

( ) ( ) ( ),d P n T dv duu T v TdT dT dT

= + . (A7)

Logo, atendendo às Eqs. (A6) e (A7), vem

( ) ( ) ( ) ( ) ( )1,dv duu T v T pu T v T p P n TdT dT

+ = − + −

( ) ( ) ( )0 expdv p v T v T v pTdT

∴ = − ⇒ = − . (A8)

Teoria Elementar da Fotodetecção 17

Mas então, tira-se que

( ) ( ) ( )01, expdu dup P n T v T v pTdT dT

− = = −

( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 0 0

exp 1, 1, expTdu p ppT P n T u T P n s ps d s

dT v v∴ = − − ⇒ = − −∫ . (A9)

Portanto, das Eqs. (A8) e (A9), resulta finalmente que (para 1n ≥ )

( ) ( ) ( ) ( )0

, exp 1, expT

P n T p pT P n s ps d s= − − −∫ . (A10)

Esta equação permite determinar ( ),P n T a partir de ( )1,P n T− para 1n ≥ . O caso 0n = foi

estabelecido anteriormente através da Eq. (A5). Assim, obtém-se sucessivamente

( ) ( )0, expP T pT= −

( ) ( ) ( )1, expP T pT pT= −

( ) ( ) ( )2

2, exp2!

pTP T pT= −

( ) ( ) ( )3

3, exp3!

pTP T pT= −

ou, no caso geral,

( ) ( ) ( ), exp!

npTP n T pT

n= − . (A11)

O valor máximo de ( ),P n T ocorre para pT n= . Com efeito, fazendo x pT= , vem

( ) ( )1, e 0!

xnd P n T

x x n x nd x n

−−= − = ∴ = .

18 Carlos R. Paiva

Na Fig. A representa-se a probabilidade ( ),P n T em função da variável x pT= para vários

valores de n . Para valores elevados de n a distribuição de Poisson aproxima-se de uma

distribuição gaussiana centrada em pT n= com um desvio padrão de n .

Figura A Distribuição de Poisson: probabilidade de detectar n fotões no intervalo de tempo

T para uma taxa média de p fotões por segundo de acordo com (A11), i.e., supondo que um

fotão é detectado no intervalo (em segundos) 1 p .

Recordando a Eq. (A1) bem como o significado de ( ),P n T neste apêndice, infere-se

por fim que

( ){ } ePr!

n mmN t nn

= = (A12)

que é precisamente a Eq. (5).

A Eq. (A6) pode ainda ser utilizada na determinação do valor médio n . Com efeito,

por definição,

Teoria Elementar da Fotodetecção 19

( )0

,n

n n P n T∞

=

=∑ . (A13)

Logo, de acordo com a Eq. (A6), vem por derivação

( ) ( ) ( )0 0

,, 1,

n n

d n d P n Tn n p P n T p P n T

dT dT

∞ ∞

= =

= = − + −⎡ ⎤⎣ ⎦∑ ∑

( ) ( ) ( )0 0

, 1 ,n n

d np n P n T p n P n T

dT

∞ ∞

= =

= − + +∑ ∑

( )1 1d n

p n p n p n p n pdT

∴ = − + + = − + + = .

Assim, integrando este resultado, infere-se que

n pT= . (A14)

Esta última equação está de acordo com o nosso ponto de partida, i.e., com a Eq. (A1). Este

mesmo resultado também se poderia obter substituindo a Eq. (A11) na Eq. (A13) e derivando

a conhecida relação

0

en x

nx

=

=∑

com x pT= .

Usando um raciocínio semelhante, viria – também através da Eq. (A6) – o seguinte

resultado

( ) 21 2 2d n n p n p TdT

− = = . (A15)

Novamente, integrando esta equação, obtém-se

20 Carlos R. Paiva

( ) ( )2 22 2n n pT n pT pT− = ⇒ = +

22n n pT n∴ − = = . (A16)

Note-se, para terminar, que

( )2 2 22 22n n n n n n n n− = − + = −

( )2n n pT∴ − = . (A17)

Teoria Elementar da Fotodetecção 21

8 1

1

34

19

2.99792458 10 ms1.380658(12) 10 JK

1.05457266(63) 10 Js1.60217733(49) 10 C

B

ck

q

= ×

= ×

= ×

= ×

John Edward Carroll, Rate Equations in Semiconductor Electronics, Cambridge

University Press, Cambridge, 1985

Göran Einarsson, Principles of Lightwave Technology, Wiley, Chichester, UK, 1996

Shun Lien Chuang, Physics of Optoelectronic Devices, Wiley, New York, 1995

Govind P. Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems, Wiley, New York, 3rd ed.,

2002

Athanasios Papoulis, Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, McGraw-

Hill, New York, 3rd ed., 1991

Sheldon Ross, A First Course in Probability, Prentice-Hall, Upper Saddle River, New

Jersey, 5th ed., 1998

Alan Jeffrey, Handbook of Mathematical Formulas and Integrals, Academic Press, San

Diego, California, 1995