Оптоэлектроника



Скачать 61.28 Kb.
Дата05.01.2013
Размер61.28 Kb.
ТипДокументы
ОПТОЭЛЕКТРОНИКА, раздел электроники, охватываю­щий использование эффектов взаимодействия эл.-магн. волн оптич. диапазона (3•1011—3•1017 Гц) с электронами в веществах (гл. обр. в твёрдых телах) и методы создания оптоэлектронных приборов и устройств, исполь­зующих эти эффекты для генерации, передачи, хранения, обработки и отображения информации. В О. условно выделяют фотонику (исследование методов создания устр-в, предназначенных для хранения, передачи, обработки и отображения информации, представленной в виде только оптич. сигналов), радиооптику (приложение принципов и методов радиофизики к оптике) и оптронику (ис­следование методов создания электронных устр-в с внутр. оптич. связями, т. н. оптронных схем).

Историческая справка. Идея использования оптич. излучения для обработки и передачи информации возникла в 50-х гг. 20 в., но известные в то время средства для взаимного преобразования электрич. и оптич. сигналов и осуществления оптич. связи не обеспечивали необходи­мых эффективности и быстродействия, а также возможно­сти микроминиатюризации. О. начала формироваться как самостоят. раздел науки и техники в 60-х гг., когда были созданы лазеры и излучающие диоды. В последующее десятилетие были созданы осн. приборы и устр-ва О.: полупроводниковые и жидкокристаллич. индикаторы (1966— 68); осн. тип многоэлементного фотоприёмника — кремние­вый экран на приборах с зарядовой связью (1969); оптич. запоминающие устр-ва (1966—67). Идея создания волоконно-оптич. линий связи возникла в 1966, а её практич. воплощение началось с 1970. Микроминиатюризация элементов и устр-в О. началась с 1970, когда возникла интегральная оптика.

Физические основы оптоэлектроники. Развитие О. стало возможным благодаря фундаментальным достижениям в области квантовой электроники, полупроводниковой элект­роники, физики твёрдого тела и оптики. В О. практически освоенный диапазон эл.-магн. волн лежит в пределах 0,2—20 мкм. Однако большинство совр. оптоэлектронных приборов и устр-в работает в диапазоне длин волн 0,5— 1,5 мкм. Работа таких приборов и устр-в основана на использовании разл. видов люминесценции (электро-, като-до-, фотолюминесценции); электро-, магнито- и акустооптических эффектов (напр., эффектов Керра, Поккельса, Фарадея, акустооптич. дифракции); фотоэлектрических яв­лений (напр., фотоэлектрич. эффекта); явлений распростра­нения оптич. излучения в изотропных и анизотропных средах (напр., волоконных и интегрально-оптич. световодах); нелинейных оптич. явлений (см. Нелинейная оптика).

Достоинства О. по сравнению с вакуумной или полу­проводниковой электроникой определяются преимущества­ми использования оптич. излучения в приборах и устр-вах, предназначенных для передачи, хранения, обработки и отображения информации. Эти преимущества обусловлены электрич. нейтральностью квантов оптич. излучения — фо­тонов; высокой частотой световых колебаний (до 1015 Гц) и соответственно малым значением длины волны оптич.
излучения (в основном до 1 мкм); малой расходимостью светового луча (~1') и возможностью его достаточно острой фокусировки. Электрич. нейтральность фотонов обеспечивает невосприимчивость оптич. каналов связи к воздействиям эл.-магн. полей (помехозащищённость, отсут­ствие перекрёстных помех и др.); полную гальванич. раз­вязку в оптоэлектронных устр-вах с внутр. оптич. связями; двойную (пространственную и временную) модуляцию по­тока оптич. излучения (см. Модуляция света), к-рая поз­воляет параллельно (одновременно) обрабатывать большие массивы информации. Высокая частота световых колебаний обеспечивает достаточно высокую информац. ёмкость оптич. каналов связи. Малое значение длины волны оптич. излучения обусловливает высокую плотность оптич. записи информации. Малая расходимость светового луча и воз­можность его острой фокусировки позволяют передавать энергию оптич. излучения в заданную область простран­ства с достаточно малыми потерями. Наибольшая частота световых колебаний и наименьшая расходимость светового луча достигаются при использовании в приборах и устр-вах О. когерентного оптич. излучения, что обусловливает в большинстве случаев более широкие функциональные возможности таких приборов и устр-в (по сравнению с приборами и устр-вами, использующими некогерентное оптич. излучение).

Осн. материалами, используемыми для создания прибо­ров и устр-в О., являются полупроводниковые материалы (эффективно люминесцирующие соединения типов АIII ВV и АII ВIV и твёрдые растворы на их основе, напр. GaAs, InGaAsP, GaP, GaAIAs, GaAsP, ZnS, и фоточувствит.

соединения типов АII ВIV , АIII ВV и АIV ВVI , напр. CdS, CdSe, InAs, PbS, PbSnTe, CdHgTe), электрооптические ма­териалы (напр., LiТаО3, LiNbO3), акустооптические материалы (напр., ТеО2, SiO2, Ge), магнитооптиче­ские материалы (напр., EuO, MnBi, TmFeO3), а также т. н. оптические материалы (напр., кварц, отд. полимеры, многокомпонентные стёкла), отличающиеся значит. проз­рачностью в разл. участках оптич. диапазона, высокой однородностью и строго определёнными оптич. св-вами.

Оптоэлектронные устройства. Как отд. устр-ва, так и сложные многоканальные системы О. создаются из отд. элементов. Осн. оптоэлектронными элементами являются источники когерентного (в основном полупровод­никовые лазеры) и некогерентного (гл. обр. светодиоды) оптич. излучения; оптич. среды (активные и пассивные); приёмники оптич. излучения (напр., фотодиоды, фототран­зисторы, фоторезисторы), а также оптические элементы (напр., линзы, призмы, зеркала, поляризаторы), волоконно-оптические элементы (напр., жгуты, фоконы, селфоки) и интегрально-оптические элементы (напр., интегрально-оптич. зеркала, фильтры).

По функциональному назначению можно выделить неск. групп приборов и устр-в О. Для управления направле­нием распространения оптич. излучения (светового пучка) в пространстве используют дефлекторы. Управление параметрами оптич. излучения (амплитудой, фазой, поляри­зацией) осуществляется с помощью модуляторов, а прост­ранственно-временная модуляция потока оптич. излуче­ния — пространственно-временных модуляторов света. Дей­ствие дефлекторов и модуляторов основано на физ. эффек­тах, протекающих в конденсир. средах при воздействии на них электрич., магн., акустич. и др. полей.

Разл. классы индикаторов (напр., полупроводниковые, газоразрядные, на жидких кристаллах, вакуумные люмине­сцентные), действие к-рых основано на использовании либо люминесценции, либо электрооптич. эффектов, служат для визуального отображения информации. Наиболее совершенными индикаторами являются плоские дисплеи, к-рые позволяют отображать цифры, буквы, графики, а также движущиеся изображения.

Преобразование оптич. изображения е адекватную по­следовательность видеоимпульсов осуществляется много­элементными фотоприёмниками (напр., приборами с заря­довой связью, кремниконами, сканисторами), действие к-рых основано на преобразовании энергии оптич. излуче­ния, формирующего изображение, в электрич. сигналы, к-рые последовательно считываются (сканируются). Такие фотоприёмники применяют в передающих телевиз. каме­рах, в системах искусств. зрения роботов и др.

Связь между отд. частями электронных устр-в, при к-рой обеспечивается полная гальванич. развязка между ними (оптич. связь), осуществляется с помощью оптронов, состоящих из источника оптич. излучения и фото­приёмника.

Для передачи информации используют волоконно-оптические линии связи, действие к-рых основано на пере­даче энергии оптич. излучения (информац. оптич. сигна­лов) по волоконным световодам. Такие линии связи обес­печивают передачу информации со скоростью до 109 бит/с на расстоянии до 200 км без ретрансляторов.

Преобразование разл. физ. параметров с целью их измерения осуществляется волоконно-оптическими датчи­ками, действие к-рых основано на изменении условий прохождения оптич. излучения через оптич. чувствит. элемент при воздействии на него контролируемого пара­метра. Использование волоконно-оптич. датчиков позволяет измерять такие физ. параметры, как угловую скорость вращения, линейные ускорения, темп-ру, давление, силу тока и др.

Для оптической обработки информации применяют оптические процессоры (аналоговые и цифровые). Такие процессоры обеспечивают параллельную обработку доста­точно больших массивов информации с более высокой скоростью по сравнению с электронной обработкой (с помощью ЭВМ). Однако техн. сложности, связанные с реа­лизацией оптич. процессоров, а также довольно узкая спе­циализация ограничивают их применение.

Оптическая запись информации основана на изменении параметров оптической запоминающей среды (напр., коэф. отражения или пропускания) при воздействии на неё оптич. излучения; обеспечивает высокую плотность записи инфор­мации (до 109 бит/см ), а также возможность записи (счи­тывания) больших массивов информации (одновременно до 104—106 бит).

По мере развития О. и совершенствования технологии произ-ва оптоэлектронных приборов и устр-в расширяются области использования О., возрастает её роль в ускоре­нии научно-техи. прогресса.

Лит.: Оптическая обработка информации, пер. с англ., М., 1980; Ярив А., Введение в оптическую электронику, пер. с англ., М., 1983; Оптика и связь, пер. с франц., М., 1984; Олтоэлектронные пре­образователи на основе управляемых световодных структур, М., 1984; Оптическая обработка изображений, Л., 1985; Морозов В. Н., Оптоэлектронные матричные процессоры, М., 1986; Иванов В. И., Аксе­нов А. И., Юшин А. М., Полупроводниковые оптоэлектронные прибо­ры. Справочник, 2 изд., М., 1988; Основы оптоэлектроники, пер, с япон., М., 1988; Оокоси Т., Оптоэлектроника и оптическая связь, пер. с япон., М., 1988; Хаус X., Волны и поля в оптоэлектронике, пер. с англ., М., 1988; Носов КЗ., Оптоэлектроника, 2 изд., М., 1989; Интегральная опгоэлектроника. Элементы, устройства, технология, под ред. Е. Пащенко, М. Кропоткина, М., 1990.

Ю. Р. Носов.

Похожие:

Оптоэлектроника iconОтчет ОАО нпп «Реф Оптоэлектроника»
Открытое акционерное общество научно-производственное предприятие «Реф Оптоэлектроника» организовано в 2009 году
Оптоэлектроника iconРабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный

Оптоэлектроника iconПрограмма: 39 «Физика полупроводников и оптоэлектроника»
Размерные эффекты в энергетическом спектре нанокристаллов CuBr в стеклянной матрице
Оптоэлектроника iconПрограмма : 39 Физика полупроводников и оптоэлектроника Руководитель программы: Агекян В. Ф. Кафедра Физики Твердого Тела
Мощные полупроводниковые лазеры с внутренней дифракционной решеткой, отражающей в высоком порядке
Оптоэлектроника iconИгнатов А. Н. Оптоэлектроника и нанофотоника
Рф по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации для межвузовского использования в качестве...
Оптоэлектроника iconОптоэлектроника: электронный учебно-методический комплекс
Современный студент получает образование в среде, насыщенной множеством источников информации. Компьютерный информационный обмен...
Оптоэлектроника iconОптоэлектронные запоминающие устройства
Однако в последнее время понятие «Оптоэлектроника» значительно расширилось. Теперь в него включают и такие недавно возникшие направления,...
Оптоэлектроника iconПрограмма: 39 «Физика полупроводников и оптоэлектроника»
Целью работы было теоретическое исследование влияния внешнего магнитного поля на спектр энергии движущегося экситона на примере таких...
Оптоэлектроника icon05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: электродинамика; квантовая механика; физическая оптика; физика твердого...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org