Оптоэлектронные функциональные устройства

Оптоэлектронными называют такие функциональные устройства (ФУ), которые используют взаимодействие оптического излучения с веществом. Оптоэлектронные функциональные устройства, как и другие функциональные устройства, предназначенные для формирования и обработки сигналов; записи, обработки, хранения и воспроизведения информации.

Классификация. Современная оптоэлектроника развивается в двух направлениях — электронно-оптическом и оптическом. В основе электронно-оптического направлении лежат явления такого взаимодействия света с твердым телом, при которой происходит преобразования световой энергии в электрическую и наоборот, электрическую в световую. Эти преобразования основаны на явлениях внутреннего фотоэффекта и электролюминесценции. Внутренний фотоэффект, как известно, заключается в генерации светом носителей тока, в результате чего световая энергия превращается в электрическую. Электролюминесценция заключается в том, что под действием электрического напряжения некоторые вещества светятся, то есть они превращают электрическую энергию в световую. Поскольку электронно-оптическое направление использует некогерентное оптическое излучения, его еще называют некогерентным. Основным представителем ФУ этого направления является оптроны. С некоторым допущением к ним можно отнести оптоэлектронные ИМС, которые, собственно говоря, представляют собой интеграцию оптоэлектронных ФУ с ИМС. В основе оптического направления лежат явления такого взаимодействия света с твердым телом, при котором не происходит преобразования световой энергии в другую. Примером таких явлений является дифракция, интерференция, дисперсия и т. д. Поскольку оптическое направление использует преимущественно когерентное оптическое излучения, он еще получил название когерентного. Его представителями являются оптические ИМС, оптические ЗУ, устройства оптической связи и тому подобное.

Условные изображения и обозначения. В схемах на принадлежность ФУ в оптоэлектронных указывают две параллельные стрелки, которые направлены от устройства, когда он излучает свет и к устройству, когда он его поглощает (рис. 1).

Стрелки, которые указывают на принадлежность ФУ в оптоэлектронных

Рис. 1. Стрелки, которые указывают на принадлежность ФУ в оптоэлектронных

К условных обозначений оптоэлектронных ФУ относятся обозначения названия и вида, номера разработки, конструктивных особенностей или назначения. Например, обозначение ОВ-МГ01-1 означает: оптическое волокно, многомодовое, градиентное, номер разработки 0 1, кварцевая сердцевина и кварцевая оболочка.

Строение. ФУ представляют собой интеграцию физических явлений и эффектов, а не отдельных элементов, поэтому из них выделить отдельные ЭРЭ невозможно (их там просто нет). Оптоэлектронные ФУ с этой точки зрения представляют собой определенное исключение, поскольку в них (например, в оптронах) можно выделить отдельные элементы. Ими есть источники света (инжекционные диоды, электролюминесцентные конденсаторы), фотоприемники (фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы) и световоды. То касается оптоэлектронных ИМС. В отличие от них, в оптических ИМС и
устройствах оптической связи, в которых происходит преобразование световых сигналов в электрические и наоборот, отдельные ЭРЭ выделить невозможно. Подробнее строение оптоэлектронных ФУ целесообразно рассматривать применительно каждого устройства в частности, поскольку специфические функции различных оптоэлектронных ФУ тесно связаны со спецификой их конструкции, которая обеспечивает эти функции.

Работа. Работа оптоэлектронных ФУ определяется теми функциями, которые они выполняют. Вместе с тем, разделение оптоэлектронных ФУ на электронно-оптические и оптические свидетельствует, что работа первых предполагает преобразование оптических сигналов в электрические и наоборот, работа других таких преобразований не предусматривает. Свойства использование явлений преобразования электрических сигналов в оптические, передачи их по каналам связи и обратного преобразования на выходе дает возможность заменить гальванические и магнитные связи в электрических цепях оптическими и за счет этого обеспечить гальваническую развязку и согласование электрических кругов, повысить плотность информации в каналах связи до 1012 бит/см3, быстродействие до 1010 бит/с, избирательность к 2..10 А, помехоустойчивость, улучшить другие качественные показатели. Это становится возможным благодаря специфическим особенностям оптической связи, важнейшими из которых являются:
— В оптическом канале связи носителями информации являются фотоны — электрически нейтральные частицы, которые не взаимодействуют между собой в световом потоке, а не создают электрических и магнитных полей, которые порождают паразитные эффекты в электрических цепях;
— Возможность одновременной передачи большого количества оптических сигналов с пересечением световых лучей, без большого влияния друг на друга;
— Широкополосность, обусловлена большой частотой оптических колебаний (≈1013 … 1015 Гц), которая обеспечивает одновременное передачи по одной линии 1010 телефонных или 106 телевизионных программ;
— Однонаправленность оптической связи — от источника света к приемнику;
— Практически полная гальваническая развязка источника сигнала и приемника, которая обеспечивает возможность согласования высоковольтных цепей с низковольтными, высокоомных с низкоомными;
— Возможность использования для передачи информации, кроме амплитуды, частоты и фазы светового луча, пространственного его модуляции, то есть работы с изображениями, которые передаются световым потоком;
— Существенное упрощение контроля функционирования, поскольку использование видимой части спектра электромагнитных волн позволяет наблюдать за по состоянию схемы и ее элементов.
Оптическое направление позволяет создавать запоминающие устройства большой емкости (≈ 1010 бит), устройства распознавания образов, управляемые оптические среды, оптические ИМС, устройства оптической связи.
Выбирая рабочий участок диапазона оптических волн, необходимо учитывать условия распространения волн (прежде всего — поглощение), удобство генерирования, излучения и приема, наличие помех. С учетом этих факторов рабочим интервалом диапазона оптических волн для оптоэлектронных устройств считают промежуток 400 … 1200 нм, в который входит видимая часть спектра. Основным структурным элементом оптоэлектроники является оптрон.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*