Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Физическую основу оптоэлектроники составляют явления методы средства для которых принципиальны сочетан

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-30

Бесплатно
Узнать стоимость работы
Рассчитаем за 1 минуту, онлайн

Общая характеристика оптоэлектронных приборов

Оптоэлектроника – это раздел электроники, связанный с изучением эффектов взаимодействия между электромагнитными волнами оптического диапазона и электронами вещества (преимущественно твердых тел) и охватывающий проблемы создания оптоэлектронных приборов, в которых эти эффекты используются для генерации, передачи, обработки, хранения и отображения информации.

Согласно этому определению оптоэлектронику как научно-техническое направление характеризуют три отличительные черты.

1. Физическую основу оптоэлектроники составляют явления, методы, средства, для которых принципиальны сочетание и неразрывность оптических и электронных процессов.

2. Техническую основу оптоэлектроники определяют конструктивно-технологические концепции современной микроэлектроники: миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных плоскостных конструкций; интеграция элементов и функций; ориентация на специальные сверхчистые материалы; применение методов групповой обработки изделий.

3. Функциональное назначение оптоэлектроники состоит в решении следующих задач: генерации, переносе, преобразовании, хранении и отображении информации.

Для решения перечисленных задач в оптоэлектронных приборах используются информационные сигналы в оптической и электрической формах, но определяющими являются оптические сигналы – именно этим достигается то качественно новое, что отличает оптоэлектронику.

Оптоэлектронными называют приборы, чувствительные к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях, а также приборы, производящие или использующие такое излучение.

В конкретном оптоэлектронном приборе наличие всех трех составляющих данного выше определения является обязательным, но перечисленные отличительные признаки могут быть воплощены в большей или меньшей степени. Это позволяет разделить опто- и фотоэлектронные приборы (фотоэлектронные умножители, электроннолучевые приборы).

На рис. 2.1 представлена классификация оптоэлектронных приборов и указаны физические эффекты, лежащие в основе их работы.

Рис. 2.1

На практике широко используются источники излучения (излучатели), приемники излучения (фотоприемники) и оптроны (оптопары).

Из источников излучения нашли широкое применение светодиоды и лазеры, а из приемников – фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Широко используются оптроны, в которых применяются пары светодиод–фотодиод, светодиод–фототранзистор, светодиод–фототиристор.

По виду используемого излучателя выделяют приборы когерентной (с лазерами) и некогерентной (со светоизлучающими диодами) оптоэлектроники.

Как отдельные приборы, так и сложные оптоэлектронные системы создаются из отдельных элементов. Основными оптоэлектронными элементами являются:

· источники когерентного оптического излучения (полупроводниковый лазер);

· источники некогерентного оптического излучения (светоизлучающий диод);

· активные и пассивные оптические среды;

· приемники оптического излучения (фотодиод);

· оптические элементы (линза);

· волоконно-оптические элементы (волоконно-оптический жгут);

· интегрально-оптические элементы (интегрально-оптическое зеркало).

Как видно из обобщенной структурной схемы оптоэлектронного прибора (ОЭП), приведенной на рис. 2.2, наряду с фотоприемниками и излучателями важным компонентом ОЭП являются входные и выходные согласующие электрические схемы, предназначенные для формирования и обработки оптического сигнала. Особенностью этих достаточно сложных, в основном интегральных, схем является компенсация потерь энергии при преобразованиях «электричество – свет» и «свет – электричество», а также обеспечение высокой стабильности и устойчивости работы ОЭП при воздействии внешних факторов.

Рис. 2.2

По функциональному назначению в классе оптоэлектронных приборов, кроме миниатюрных источников излучения и одно- и многоэлементных приемников излучения, следует выделить следующие приборы.

Оптопарой называют оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель на входе и фотоприемник на выходе, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически.

Оптопары широко используются в микроэлектронной и электротехнической аппаратуре для обеспечения электрической развязки при передаче информационных сигналов, бесконтактной коммутации сильноточных и высоковольтных цепей и создания перестраиваемых фотоприемников в устройствах контроля и регулирования.

Оптоэлектронные датчики – приборы, преобразующие внешние физические воздействия: температуру, давление, влажность, ускорение, магнитное поле и другие, – в электрические сигналы. Действие этих приборов основано на различных принципах. К датчикам относятся формирователи сигналов изображения и оптопары с открытым оптическим каналом. Особенно интенсивное развитие этого направления связано с появлением волоконно-оптических датчиков, в которых внешние воздействия изменяют характеристики оптического сигнала, распространяющегося по волокну.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) – устройства и системы, содержащие гибкий волоконно-оптический световод (в виде кабеля), сочлененный с излучателем на одном (передающем) конце и с фотоприемником на другом (приемном).

Физическую основу ВОЛС определяют процессы распространения оптических сигналов по волоконному световоду, а также светогенерационные и фотоэлектрические явления в излучателе и приемнике.

Индикаторы – электрически управляемые приборы для систем визуального отображения информации. Они находят широчайшее применение, начиная от электронных часов и микро-калькуляторов, табло и приборных щитов и кончая дисплеями в системе «человек – ЭВМ». Физическую основу приборов индикаторного типа составляют разные виды электролюминесценции (для приборов с активным светящимся растром) и электрооптические явления (для приборов с пассивным светоотражающим растром).

В соответствии с классификацией изделий некогерентной оптоэлектроники ОЭП разделяются: по виду оптоэлектронного преобразования сигналов (принцип преобразования «электричество – свет» реализуется в излучающих приборах), уровню интеграции, функциональному применению и конструктивному исполнению. Каждая из выделенных групп ОЭП, по-видимому, будет в дальнейшем пополняться новыми приборами и устройствами.

Перечислим основные достоинства оптоэлектронных приборов:

Высокая пропускная способность оптического канала. Частота колебаний на три-пять порядков выше, чем в освоенном радиотехническом диапазоне. Это значит, что во столько же раз возрастает и пропускная способность оптического канала передачи информации.

Идеальная электрическая развязка входа и выхода. Использование в качестве носителя информации электрически нейтральных фотонов обусловливает бесконтактность оптической связи. Отсюда следуют идеальная электрическая развязка входа и выхода; однонаправленность потока информации и отсутствие обратной реакции приемника на источник; помехозащищенность оптических каналов связи; скрытность передачи информации по оптическому каналу связи.

Как недостатки можно выделить следующие особенности ОЭП:

Малый коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия преобразований вида E (освещенность) > L (яркость) и L > E в лучших современных приборах (лазеры, светодиоды, p-i-n фотодиоды), как правило, не превышает 10...20%. Поэтому если в устройстве осуществляются такие преобразования лишь дважды (на входе и на выходе), как, например, в оптопарах или волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), то общий КПД падает до единиц процентов. Введение каждого дополнительного акта преобразования информационных сигналов из одной формы в другую ведет к уменьшению КПД еще на порядок или более. Малое значение КПД вызывает рост энергопотребления, что недопустимо из-за ограниченных возможностей источников питания; затрудняет миниатюризацию, поскольку практически не удается отвести выделяющуюся теплоту; снижает эффективность и надежность большинства оптоэлекронных приборов.

Наличие разнородных материалов, применяемых в оптоэлектронных приборах и системах, обусловливает: малый общий КПД устройства из-за поглощения излучения в пассивных областях структур, отражения и рассеяния на оптических границах; снижение надежности из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов; сложность общей герметизации устройства; технологическую сложность и высокую стоимость.


Диплом на заказ


1. з курсу фізики для студентів денної форми навчання Дніпропетровськ ~
2. Потехой в дореволюционной России называли и пляску и гимнастические забавы и сказывание сказок и проделк
3. Реферат Конфликты и конфликтные ситуации в профессиональнопедагогической деятельности учителя
4. . Понятие законного оборота наркотических и психотропных средств и законодательство регулирующее оборот на
5. связанные системы из звёзд и звёздных скоплений межзвёздного газа и пыли и тёмной материи
6. Діяльність дитячих громадських організацій
7. 27.12 493EU 487 Sol Tenerife 4 16
8. Детали машин ПТМ и М КУРСОВОЙ ПРЕКТ
9. Галицьке юнацтво
10. Робота іміджмейкера
11. Жизненный путь декабриста Сергея Волконского
12. Владимир I Креститель
13. Молодежный сленг в лингвистическом и социальном аспектах
14. Молодежь в современном обществе Часть 1 1
15. Тема 27 Аналіз бойових дій підрозділів ОРС цивільного захисту Заняття 27
16. 6 Расчёт гидрогеологических параметров для совершенного котлована Определите приток воды в строительны
17. Задание- Написать программу вычисления площади поверхности параллелепипеда
18. Реферат- Англия- промышленный переворот
19. тематики по теме- Вычитание однозначного числа из двузначного без перехода через разряд 2 класс Цели- Н
20. К проведению ремонтных работ в мастерской допускаются лица прошедшие инструктаж по охране труда медицинс