Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923)
Текст из файла
М.К. САМОХВАЛОВЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВАОПТОЭЛЕКТРОНИКИМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИУЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТМ.К. САМОХВАЛОВЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА ОПТОЭЛЕКТРОНИКИУчебное пособиедля студентов, обучающихся по направлениям 654300 и 551100“Проектирование и технология электронных средств”Ульяновск 20032УДК 621.327(075)ББКСРецензенты: Ульяновское отделение Института радиотехники и электроники РАН, профессор кафедры радиоэлектронного оборудования и вычислительной техники Ульяновского высшего авиационного училища гражданскойавиации Ефимов А.В.Утверждено редакционно-издательским советом в качестве учебного пособия.Самохвалов М.К.Элементы и устройства оптоэлектроники: Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлениям 654300 и 551100 “Проектирование итехнология электронных средств”.
Ульяновск; УлГТУ, 2003. - 125 с.ISBN 5-89146Рассматриваются основные оптоэлектронные элементы и устройства: источники и приемники оптического излучения, оптроны и оптоэлектронныемикросхемы, индикаторные устройства, волоконно-оптические системы. Изложены физические основы работы, конструкции и технологии изготовления, основные параметры и области применения оптоэлектронных приборов.Для студентов и инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, производством и применением оптоэлектронных устройств.Пособие подготовлено в рамках проекта Б-0107 Федеральной целевой программы “Интеграция”.УДК 621.327.2(075)ББКISBN 5-89146 М.К.Самохвалов, 2003Оформление. УлГТУ, 20033ВВЕДЕНИЕЭлектроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в которых этовзаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, восновном для передачи, обработки и хранения информации.Оптика – раздел физики, в котором изучается природа оптического излучения, его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света ивещества.Оптоэлектроника – направление электроники, охватывающее вопросы использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации.
Оптоэлектроника представляет собой этап развития радиоэлектроники и вычислительной техники, отличительной чертой которого является использование для обработки информации оптического излучения.К оптическому излучению относится электромагнитное излучение в видимомдиапазоне (с длиной волны 0,4 - 0,8 мкм), инфракрасном (0,8 - 103 мкм) и ультрафиолетовом (10-3- 0,4 мкм).К основным элементам оптоэлектронных устройств относятся источники излучения (некогерентного или когерентного), оптические среды и приемникиизлучения. Эти элементы в разных устройствах применяются как в виде различных комбинаций, так и виде автономных устройств и узлов с самостоятельными частными задачами.
Оптоэлектроника отличается от вакуумной и полупроводниковой электроники наличием в цепи сигнала оптического звена (оптической связи). Поэтому достоинства оптоэлектроники определяются, в первуюочередь, преимуществами оптической связи по сравнению с электрической, атак же теми возможностями, которые открываются в результате использованияразнообразных физических явлений, обусловленных взаимодействием излучения с веществом.
Оптоэлектроника синтезирует достижения ряда областей науки и техники: полупроводниковой электроники, квантовой электроники, физики фотоэлектронных приборов, электрооптики, нелинейной оптики, волоконной оптики, голографии, ИК техники и светотехники.Принципиальные достоинства оптоэлектронных приборов и устройств определяется следующими основными особенностями.1. Частота электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне много больше, чем в радиодиапазоне, а именно 1013-1015 Гц, что обуславливает высокуюскорость передачи информации и высокую информационную емкость оптического канала связи. Для передачи обычного телевизионного сигнала требуетсяполоса частот ∆ν ≥ 8 МГц.
В метровом диапазоне при значении несущей частоты ν0 ≤ 300 МГц, можно передать около десятка ТВ программ. В оптическомдиапазоне при том же соотношении ∆ν/ν0 их число возрастает в миллион раз.2. Оптическое излучение имеет малую длину волны (≤ 1 мкм). Следствием этого является: высокая плотность записи информации в оптических ПЗУ(∼108 бит/см2); высокая концентрация оптического излучения в пространстве,так как минимальный объем, в котором может быть сфокусировано электро-4магнитного излучение составляет ~λ3. По этой причине световоды могут бытьна несколько порядков меньше волноводов СВЧ.
Угловая расходимость луча∼λ, для оптического диапазона нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности с угловым расхождением ∼ 1'. И если в СВЧ ( λ = 1 м) для этогонеобходима антенна диаметром – 100 м, то в оптическом - сферическое зеркалоили линза меньших размеров.3. Возможность двойной – временной и пространственной модуляции светового луча, что позволяет проводить параллельную обработку информации и получать объемное голографическое изображение.4 Передача информации осуществляется фотонами – электрически нейтральными частицами, вследствие чего реализуется: а) Идеальная гальваническаяразвязка входа и выхода.
б) Однонаправленность потока информации и отсутствие обратной связи. в) Невосприимчивость оптических каналов к воздействию электромагнитных полей, т.е. помехозащищенность, исключение наводоки паразитных связей. г) Многоканальность связи. д) Малое затухание сигналов.5. Возможность непосредственного оперирования со зрительно воспринимаемыми образами, восприятия на входе и визуализации на выходе.История оптоэлектроники опирается на ряд фундаментальных физическихоткрытий в области генерации, приема и преобразования светового излучения.К основным вехам в предыстории и развитии оптоэлектроники можно отнестиследующие.1864 – Дж. Максвелл получил основные уравнения электродинамики, позволившие успешно объяснить совокупность опытных данных по оптике – явлений дифракции, интерференции, рефракции и др., полученные ранее Х.
Гюйгенсом, И. Ньютоном, О. Френелем, М. Фарадеем и др.1873 – У. Смит экспериментально обнаружил явление фотопроводимости(внутренний фотоэффект).1875 – Керр обнаружил электрооптический эффект.1888 – А.Г. Столетов получил полное описание внешнего фотоэффекта, Ульянин обнаружил ЭДС в Se при облучении.1905 – А.Эйнштейн предложил квантовую теорию фотоэффекта.1905 – Гертель и Эльстед создали фотоэлемент.1917 – А.
Эйнштейн теоретически предсказал возможность получения вынужденного (индуцированного) излучения.1917 – Начато промышленное производство фотоприемников на основе TaS.1922 - О. Лосев обнаружил свечение в контакте металл – SiC (инжекционнуюэлектролюминесценцию).1936 – Ж. Дестрио обнаружил свечение в кристалле ZnS по действием электрического поля (предпробойную электролюминесценцию).1940 – В. А. Фабрикант сформулировал условия создания отрицательного поглощения (усиления излучения).1947 - Д. Габор обосновал основные принципы голографии.Начало 50-х. Созданы фотодиоды и фототранзисторы на р-п переходах1954 – А.М.
Прохоров, Н.Г. Басов и Ч. Таунс (США) создали молекулярныйгенератор на аммиаке (мазер).51955 – Лебнер предложил объединить источники и приемники оптическогоизлучения в одном корпусе (оптрон). Им же было предложено название - оптоэлектроника.1956 – Открыта инжекционная электролюминесценция в р-п переходах наарсениде галлия.1960 – Создан твердотельный лазер на рубине.1961 – Создан газовый гелий-неоновый лазер.1962 – Н.Г. Басовым показана возможность создания полупроводниковоголазера.1963 – И.
Холлом (США) реализован арсенидгаллиевый лазер.1962-1963 – Записаны лазерные голограммы на поверхности (Э. Лейт иЮ. Упатниекс) и в объеме вещества (Ю.Н. Денисюк).1962 – Созданы инфракрасные излучающие диоды на основе GaAs.1964 – Созданы светодиоды на GaP, излучающие в видимом диапазоне(красные, зеленые).1963-1967 – Ж. И. Алферовым созданы полупроводниковые лазеры на гетеропереходах.1965-1967 – Началось промышленное производство оптронов.1966-1967 – Получены первые образцы низковольтных катодолюминесцентных индикаторов.1966-1968 – Начат выпуск светодиодных и жидкокристаллических индикаторов.1969 – Созданы многоэлементные матричные фотоприемники (ПЗС).1966 – Као и Хокхем (Англия) показали возможность малого поглощения оптического излучения в стекле.1970 – Капрон, «Корнинг глас компани», (США) начали выпуск промышленных световодов с малым поглощением - 20 ДБ/км.1974 – Т.
Иногучи (Шарп) создан первый тонкопленочный электролюминесцентный экран.1978 – Показана возможность осуществления волоконно-оптической связи.1997-1998 – Созданы и начали выпускаться светодиоды с синим, фиолетовыми белым цветом свечения.На сегодняшний день реализована лишь небольшая часть перечня преимуществ оптоэлектроники. К перспективным направлениям развития оптоэлектроники можно отнести разработку оптических и оптоэлектронных микросхем,источников и приемников излучения на основе квантовых точек и ям в полупроводниковых структурах, волоконно-оптических датчиков и линий связи, голографических устройств, квантовых компьютеров и др.Данное пособие подготовлено на основе курса лекций по дисциплине “Оптоэлектроника” для студентов, обучающихся по направлению “Проектирование итехнология электронных средств” в Ульяновском государственном техническом университете.6СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯОптический диапазон в соответствии с определением Международной комиссии по освещению (МКО) включает в себя электромагнитные излучения сдлиной волны λ от 1мм до 1 нм.
Указанный диапазон достаточно широк, длинноволновая его часть – 0,1-1мм перекрывается с субмиллиметровыми радиоволнами, коротковолновая часть – 1-10 нм включает в себя мягкое рентгеновское излучение. Оптическое излучение подразделяется на видимое, инфракрасное (ИК) и ультрафиолетовое (УФ). Инфракрасное излучение иногда разделяютна ближнюю (λ<3 мкм) и дальнюю (λ>3 мкм) область.Оптическое излучение характеризуется как волновыми, так и корпускулярными свойствами, что позволяет различным образом описывать его характеристики.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
