Исследование процессов в оптоэлектронных парах

Цель работы: исследовать процессы работы диодной, тиристорной и транзисторной оптопар, а также оптопар с открытым оптическим каналом.

 

Оптоэлектроника

Оптоэлектроника – раздел функциональной электроники, связанный с изучением про­цессов взаимодействия между электромагнитными волнами оптического диапазона и электронами твердого тела и охватывающий проблемы создания оптоэлектронных приборов (в основном методами микроэлектронной технологии), в которых эти эффекты используются для генерации, передачи, обработки, хранения и отображения информации. 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 электрических процессов. В широком смысле слова оптоэлектронное устройство определяется как прибор, чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях; как прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение.

2. Технологическую основу оптоэлектроники определяют конструктивно-технологические концепции современной микроэлектроники: миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных конструкций; ориентация на специальные сверхчистые материалы; применение методов групповой обработки изделий, таких как эпитаксия, фотолитография, нанесение тонких пленок, диффузия, ионная имплантация и другие.

3. Функциональное назначение оптоэлектроники состоит в решении задач информатики: генерации информации путем преобразования различных внешних воздействий в соответствующие электрические и оптические сигналы; перенос информации; переработка информации по заданному алгоритму; хранение информации; записи и неразрушающее считывание; отображение информации. В конкретном оптоэлектронном приборе перечисленные отличительные признаки могут присутствовать в большой или меньшей мере, но наличие всех трех составляющих данного определения представляется обязательным. Принципиальные достоинства оптоэлектроники обусловлены специфическими особенностями электромагнитных волн оптического диапазона, отличительными особенностями фотона как носителя информации. Достоинства: высокочастотность, острая фокусировка, направленность, развязка, визуализация, пространственная модуляция, фоточувстви-тельность.

Специфика оптоэлектроники обуславливает и ряд недостатков, присущих оптоэлектронным приборам: неудовлетворительная энергетика, гибридность, деградация.

 

Оптоэлектронные пары

Основным элементом оптоэлектроники является оптоэлектронная пара. Оптопарой называют прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприемник, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными. Одна из связей (оптическая или электрическая) может отсутствовать. В состав единого прибора вместе с оптопарой или несколькими оптопарами могут входить дополнительно микроэлектронные или оптические элементы. И конструктивно, и функционально такие приборы существенно отличаются от элементарной оптопары, поэтому в литературе принят термин “оптрон”.

Основные функциональные разновидности приборов представлены на рис.15. Оптопара с прямой оптической и оборванной электрической связью используется как элемент развязки, получила широкое распространение (рис. 15, а). Оптрон с прямой электрической и оборванной оптической связями (рис. 15, б) т. е. оптрон с оптическим входом и выходом, представляет собой преобразователь спектра или направления поляризации, некогерентное в когерентное и т.д. В оптроне с электрической и оптической связями (рис.15, в) при определенных условиях может осуществляться частичная регенерация (восстановление) входного сигнала – регенеративный оптрон. Такой прибор может использоваться для контроля оптических (и других) свойств сред.

Важным элементом оптопары является оптический канал между излучателем и приемником. Существуют три разновидности каналов. Прежде всего это простой светопровод, предназначенный для передачи энергии излучения. Чаще всего он выполняется в виде прозрачной иммерсионной среды. Возможно и такое конструктивное решение, при котором в зазор между излучателем и приемником имеется доступ извне. В этом случае мы имеем оптопару с открытым оптическим каналом.

 

 

 

Рис. 15. Электрические и оптические связи в оптронах:

а – оптопара для электрической развязки; б – оптрон с оптическим входом и выходом; в – регенеративный оптрон; И - излучатель; УС - усилительное устройство схемы питания; ФП – фотоприемник

Рис. 16. Основные виды оптопар

Наконец, иммерсионная среда может быть выполнена из материала, светопередача которого изменяется при внешних воздействиях, такой прибор называют оптопарой с управляемым оптическим каналом. В качестве элементов оптопары, используемых для приема излучения, могут использоваться различные элементы: диоды, резисторы, транзисторы, тиристоры и т.д. (рис. 16).

Функциональные возможности оптронов очень широки (табл.). Отметим, что в каждой строке таблицы оптрон выступает не просто как аналог того или иного традиционного элемента, а как прибор, осуществляющий заданную функцию принципиально по-иному, с добавлением новых важных свойств. Так, переменные резисторы на основе оптопар не содержат подвижных механических контактов - источников шумов и ненадежности; волострон, в отличие от металлического провода, кроме передачи сигнала обеспечивает и электрическую развязку, помехозащищенность, скрытность. Несомненно, что по мере совершенствования конструкций и технологии, улучшения параметров функциональная значимость оптронов в микроэлектронике будет возрастать.

 

Таблица 3

Электрорадиокомпонент или устройство	Оптронный аналог
Импульсный трансформатор	Диодная и транзисторная оптопары; оптоэлектронный переключатель; оптоэлектронный развязывающий усилитель
Переключатель	Тиристорная, транзисторная и резисторная оптопары
Переменный резистор, потенциометр	Резисторная оптопара, её комбинации
Переменный конденсатор, варикап	Оптопара с фотоварикапом
Электрическая батарея	Диодная оптопара и её наборы
Линия связи	Волострон
Полевой транзистор, радиолампа	Оптопара с управляемым оптическим каналом
Бистабильное устройство, триггер	Регенеративный оптрон и его комбинации
Датчик (преобразователь неэлектрических воздействий в электрические сигналы)	Оптопара с открытым оптическим каналом, оптопара с управляемым оптическим каналом
Электронно-оптический преобразователь	Оптрон с оптическим входом

 

⇐ Предыдущая123456

Поделиться:

Популярное:

1. II. ОЩУЩЕНИЯ. ИССЛЕДОВАНИЕ ОЩУЩЕНИЙ ПСИХОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
2. IV. Политика и гражданское общество. Гармонизация межконфессиональных, межнациональных, миграционных процессов.
3. IV.1. Исследование самооценки
4. АРМ перевода технологических процессов.
5. АРТИКУЛ ВОИНСКИЙ И КРАТКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРОЦЕССОВ И СУДЕБНЫХ ТЯЖБ (1715 Г.): ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАМЯТНИКОВ, ОБЗОР УГОЛОВНО-ПРАВОВЫХ И ПРОЦЕССУАЛЬНЫХ НОРМ.
6. Асимметрия полушарий и специфика психических процессов
7. Безопасность продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации (далее – безопасность)
8. Биохимическое исследование крови и мочи
9. В чем состоит отличие процессов пайки от сварки?
10. Взаимодействие рабочих поверхностей деталей. Оценка процессов внешнего и внутреннего трения.
11. Виды переходных процессов в АСР
12. Внимание как общий компонент всех психических процессов.