Применение оптоэлектронных приборов в электрических аппаратах. Принцип действия оптоэлектронных приборов

Введение Оптоэлектронные приборы – это устройства, чувствительные к электромагнитному излучению в видимой инфракрасной и ультрафиолетовой области, преобразующие оптическое излучение в электрический сигнал и наоборот, электрический сигнал в оптическое излучение. К первому виду оптоэлектронных приборов относятся фотоприёмники и солнечные батареи, ко второму виду светодиоды и полупроводниковые лазеры. Для преобразования оптического излучения в электрический сигнал используется межзонное поглощение квантов света в полупроводниках, как наиболее эффективный канал преобразования энергии. При поглощении света генерируется неравновесные – p и n носители. В фотоприемных устройствах как правило используется принцип регистрации не основных носителей заряда. Наиболее распространённые реализуются на основе диодных структур.

Фотоэлементы Фотоэлементами называют фотодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы и другие светочувствительные приборы, используемые в электронной автоматике в качестве датчиков устройств, реагирующих, например, на изменение интенсивности освещения.

Другие типы фотодетекторов На барьере Шоттки Для обеспечения эффективного приема оптического излучения используют тонкие слои металла. В области пространственного заряда диода с барьером Шоттки на основе полупроводника nтипа при обратном смещении генерируемые электронно дырочные пары разделяются электрическим полем, и дырки выбрасываются в металлический контакт, а электроны - в базу. Так как ОПЗ имеет малую ширину и примыкает к светоприёмной поверхности, то такие фотодиоды обладают высокой квантовой эффективностью и высоким коэффициентом поглощения в области малых длин волн. Оптическое излучение полностью поглощается в ОПЗ фотодиода. Их можно использовать для детектирования оптического излучения при высоких частотах модуляции.

На гетеропереходах Полупроводник с более широкой запрещенной зоной используется как окно, которое пропускает оптическое излучение с энергией, меньшей чем ширина запрещенной зоны без заметного поглощения. И тогда эффективность фотодиода будет зависеть только от того, на каком расстоянии расположен p n переход от светоприёмной поверхности. Важно использовать гетеропереход с малой величиной обратного темнового тока, которую можно обеспечить, сводя к минимуму плотность граничных состояний, ответственных за появление, например, части тока, обусловленной фотогенерацией электронно дырочных пар в ОПЗ p n перехода. Это обеспечивается за счет согласования постоянных решеток обоих полупроводников.

Фоторезисторы это дискретные светочувствительные резисторы, действие которых основано на изменении проводимости полупроводникового материала под действием светового излучения. Он представляет собой пленку из специального полупроводникового материала (сернистый свинец, селенид кремния, сернистый кадмий), обладающего очень высокой чувствительностью к лучам света, которую наносят на стекло или керамику. Будучи включенным в цепь источника постоянного или переменного напряжения, фоторезистор изменяет свое сопротивление и ток в цепи в зависимости от интенсивности света.

Основные параметры Up - рабочее напряжение - это постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечены номинальные значения его параметров при длительной работе; Umax - максимально допустимое напряжение - это максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором обеспечена заданная надеж ность при длительной работе; Iсв - световой ток - ток, протекающий через фоторезистор при рабочем напряжении и воздействии потока излуче ния заданной интенсивности и спектрального распределения; Iт-темновой ток-ток, протекающий через фоторезистор при рабочем напряжении в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности; Rт - темновое сопротивление - сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности; tсп - постоянная времени по спаду тока - время, в течение которого световой ток уменьшается до значения 37 % от максимума при затемнении фоторезистора; tн - постоянная времени по нарастанию тока - время, течение которого световой ток увеличивается до значения 63% от максимума при прямоугольной форме единичного импульса света; Основные характеристики фоторезисторов - спектральная, люкс амперная, вольтамперная.

Спектральная характеристика отображает чувствительность фоторезистора при действии на него излучения определенной длины волны. Чувствительность зависит от самой области спектра материала светочувствительного элемента. Сернисто кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто кадмиевые - в красной и ближней инфракрасной областях, сернисто свинцовые инфракрасной области спектра.

Вольтамперная характеристика Вольтамперная характеристика фоторезисторов показывает зависимость светового тока, протекающего через резистор, от приложенного к нему напряжения. Вольтамперная характеристика фоторезисторов линейна в широком интервале напряжения. Линейность нарушается только при малых значениях напряжения.

Люкс амперная характеристика Люкс-амперная характеристика фоторезисторов показывает зависимость светового тока, протекающего через резистор, от освещенности. Полупроводниковые фоторезисторы имеют обычно нелинейные люкс амперные характеристики

Фототранзисторы действует также как и остальные фотодетекторы, однако транзисторный эффект обеспечивает усиление фототока. По сравнению с фотодиодом фототранзистор более сложен в изготовлении и уступает ему в быстродействии. Фототранзистор особенно эффективен, так как обеспечивает высокий коэффициент преобразования по току(50% и более). В режиме работы с плавающей базой фотоносители дают вклад в ток коллектора в виде фототока. Кроме того, дырки фотогенерируемые в базе, приходящие в базу из коллектора, уменьшают разность потенциалов между собой и эмиттером, что приводит к инжекции электронов через базу в коллектор.

Интегральная реализация Биполярный транзистор может быть интегрально совмещен с другими приборами. Например, используя дополнительный транзистор, можно сформировать составной фототранзистор с существенно большим коэффициентом усиления. Быстродействие рассмотренных структур ограничивается большой емкостью перехода база коллектор и уменьшается при увеличении усиления за счет эффекта обратной связи.

Фотодиоды Это полупроводниковые диоды, используемые для регистрации оптических сигналов В фотодиодах на основе p-n – переходов используется эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода созданных оптическим излучением неосновных неравновесных носителей.

Физические основы работы фотодиода При контакте двух полупроводников с разными типами проводимости вследствие разности термодинамических работ выхода Фn тип

Фотодиод при освещении При попадании кванта света, с энергией hn в полосе собственного поглощения в полупроводнике возникает пара неравновесных носителей – электрон и дырка. При этом регистрируется изменение концентрацией носителей. Изменение концентрации неосновных носителей дает изменение фототока, не зависящего от полярности и величины приложенного напряжения, направлен от n – к p – области полупроводника.

Ограничение по применению Две характеристики p n фотодиодов ограничивают их применение в большинстве волоконно оптических приложений. Во первых, обедненная зона составляет достаточно малую часть всего объема диода, и большая часть поглощенных фотонов не приводит к генерации тока во внешнем контуре. Возникающие при этом электроны и дырки рекомбинируют на пути к области сильного поля. Для генерации тока достаточной силы требуется мощный световой источник. Во вторых, наличие медленного отклика, обусловленного медленной диффузией, замедляет работу диода, делая его непригодным для средне и высокоскоростных применений. Это позволяет использовать фотодиод на основе p n – перехода только в килогерцовом диапазоне.

Введение Альтернативные и возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнечного света, гидро- и геотермальная энергия, во всем мире привлекают все больше внимания. Растущий интерес к ним вызван экологическими соображениями, и ограниченностью традиционных земных ресурсов. Особое место среди альтернативных и возобновляемых источников энергии занимают фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии. 1954 г – Чапен, Фуллер и Пирсон – создают первый солнечный элемент на основе диффузионного кремниевого р-п - перехода. Впоследствии Рейнольдс и др. разработали солнечный элемент на сульфиде кадмия. Затем солнечные элементы были созданы на многих других полупроводниках с использованием различных конструкций прибора и применением монокристаллических и поликристаллических материалов и аморфных тонкопленочных структур.

Солнечная батарея полупроводниковый фотоэлектрический генератор, непосредственно преобразующий энергию солнечной радиации в электрическую. Солнечная батарея представляет собой плоскую панель, состоящую из размещенных вплотную фотоэлементов и электрических соединений, защищенную с лицевой стороны прозрачным твердым покрытием. Число фотоэлементов в батарее может быть различным, от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Электрический ток в солнечной батарее возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Действие солнечных элементов основано на использовании явления внутреннего фотоэффекта перераспределения электронов по энергетическим состояниям в конденсированной среде, происходящего при поглощении электромагнитного излучения). В солнечных элементах используется вентильный (барьерный) фотоэффект (заключается в возникновении электродвижущей силы в p-n переходе под действием света).

Энергетические характеристики солнечных батарей определяются полупроводниковым материалом, конструктивными особенностями, количеством элементов в батарее. Распространённые материалы: ü Si ü Арсенид галлия – один из наиболее перспективных материалов для создания высокоэффективных солнечных батарей. Это объясняется следующими его особенностями: почти идеальная для однопереходных солнечных элементов ширина запрещенной зоны 1, 43 э. В; высокая радиационная стойкость, что совместно с высокой эффективностью делает этот материал чрезвычайно привлекательным для использования в космических аппаратах; повышенная способность к поглощению солнечного излучения: требуется слой толщиной всего в несколько микрон; относительная нечувствительность к нагреву батарей на основе Ga. As; характеристики сплавов Ga. As с алюминием, мышьяком, фосфором или индием дополняют характеристики Ga. As, что расширяет возможности проектировании солнечных элементов.

ü Поликристаллические тонкие пленки также весьма перспективны для солнечной энергетики. Чрезвычайно высока способность к поглощению солнечного излучения у диселенида меди и индия (Cu. In. Se 2) – 99 % света поглощается в первом микроне этого материала (ширина запрещенной зоны – 1, 0 э. В). ü Теллурид кадмия (Cd. Te) – еще один перспективный материал для фотовольтаики. У него почти идеальная ширина запрещенной зоны (1, 44 э. В) и очень высокая способность к поглощению излучения. Пленки Cd. Te достаточно дешевы в изготовлении. ü Среди солнечных элементов особое место занимают батареи, использующие органические материалы. Коэффициент полезного действия солнечных элементов на основе диоксида титана, покрытого органическим красителем, весьма высок – ~11 %.

Основные принципы работы солнечных батарей Солнечный элемент на p-n структурах. Элемент солнечной батареи представляет собой пластинку кремния n-типа, окруженную слоем кремния р-типа толщиной около одного микрона, с контактами для присоединения к внешней цепи. Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи pn-перехода, подходят к p-nпереходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область.

Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (рис. а). В результате n -слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. б). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а pслой – положительному. Зонная модель разомкнутого p-n-перехода: а) - в начальный момент освещения; б) - изменение зонной модели под действием постоянного освещения и возникновение фото. ЭДС

Генерирование электрического тока солнечным элементом а - фотоны А и В образовали электронно-дырочные пары аа" и bb". Электрон c и дырка с", образованные предыдущим фотоном, движутся к контактам солнечного элемента. Электроны d, e, f и g перемещаются по внешней цепи, образуя электрический ток; б - дырка, образованная фотоном А, прошла через переход и направляется к положительному контакту. Электрон, образованный фотоном В, также прошел через переход и движется к отрицательному контакту Электрон с перешел из полупроводника в проводник. Электрон g перешел в полупроводник и рекомбинировал с дыркой с".

Способы повышения эффективности преобразования Для повышения КПД и выходной мощности можно использовать многокаскадные солнечные элементы либо устройства спектрального разложения света. В последнем случае солнечное излучение разлагается на много узких спектральных полос и излучение из каждой полосы преобразуется с помощью элемента, ширина запрещенной зоны которого выбрана наиболее оптимальной по отношению к спектральному составу данной полосы. Дихроичные зеркала разлагают падающий свет, отражая фотоны с высокой энергией в элемент 1 и пропуская фотоны с низкой энергией к элементу 2 и далее к элементу 3. При 1000 -кратном концентрировании солнечного излучения значение к. п. д. при деление света на два спектральных диапазона ~60 %. а при делении на 10 полос он составляет ~85 %.

ВАХ солнечного элемента Величина установившейся фото. ЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнени-ем вольт - амперной характеристики (ВАХ): U = (k. T/q)ln((Iф-I)Is/+1) где Is– ток насыщения, а Iф – фототок. Уравнение ВАХ справедливо и при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава, изменяется лишь значение фототока Iф. Максимальная мощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режиме, отмеченном точкой а.

Солнечные элементы на барьерах Шоттки Две основные компоненты спектрального отклика (числа коллектируемых электронов, приходящихся на один падающий фотон с данной длиной волны) и фототока связаны с генерацией носителей в обедненном слое и в электронейтральной базовой области. Коллектирование носителей в объединённом слое происходит так же, как и в p-n-переходе.

Сильное поле в обеднённом слое выносит из него генерируемые светом носители еще до того, как они успевают рекомбинировать, вследствие чего фототок оказывается равным (*) где Т(l) - коэффициент пропускания металлом монохроматического света с длиной волны l. Фототок, создаваемый генерацией носителей в базовой области, описывается выражением (**) Полный фототок равен сумме выражений (*) и (**). Видно, что для увеличения фототока следует повышать коэффициент пропускания Т и диффузионную длину Ln.

Оптоэлектронные приборы (ОЭП) это средства измерения с принципиально новым видом отсчетного устройства, основанного на использовании различных оптоэлектронных эффектов и обеспечивающего аналоговое восприятие результата измерения человеком.

Принцип действия ОЭП состоит в непосредственном или опосредованном воздействии измеряемой величины на размещенное вдоль шкалы или совмещенное с ней специальное индикаторное вещество, в котором возникает определенный физико-химический эффект, позволяющий по изменению электрооптических, магнитооптических, электротеплооптических, электрохимикооптических или электромеханикоптических характеристик судить о значении измеряемой величины. Снятие показаний производят по визуальному проявлению эффекта. Чаще всего используют изменение оптических свойств вещества (цвет, яркость, прозрачность). О значении измеряемой величины судят и по изменению геометрического положения оптического параметра, например, но перемещению светового столба. Современные ОЭП строятся в основном на электрооптических эффектах со светоизлучением электра и катодолюминесценция, а также газовый разряд. Перспективны эффекты без светоизлучения, в которых под действием электрического поля изменяется оптическое состояние вещества (коэффициенты поглощения, отражения, рассеяния, преломления или спектральный состав света). Наиболее интересные в этой группе эффектов это эффекты в жидких кристаллах. В настоящее время налажен промышленный выпуск материалов и элементов на этих эффектах (светодиодов, порошковых люминофоров, хемотронных ячеек и т.д.) с электрофизическими параметрами, позволяющими создавать на их основе ОЭП с достаточно высокими метрологическими характеристиками.

На рис. 2.41. показана упрощенная структурная схема, поясняющая принципы работы оптоэлектронного прибора с отсчетным устройством ОУ , состоящим из шкалы Ш , проградуированной в единицах измеряемой величины X , и оптоэлектрического указателя У .

Рис. 2.41. Упрощенная структурная схема ОЭП

При подаче измеряемой величины X на вход измерительного преобразователя П с чувствительностью а Y ¢, в последнем формируется электрический сигнал Y = a Y ¢X, обеспечивающий надежное функционирование воздействующего устройства ВЗУ . В качестве П используют нормирующие усилители, преобразователи импеданса, емкости, функциональные преобразователи и т. п. ВЗУ вырабатывают сигнал управления Z того вида, который необходим для возбуждения в индикаторном веществе ИВ визуального оптоэлектронного эффекта. Чаще всего Z обеспечивает создание электрического, магнитного и теплового полей.

В общем случае зависимость Z от Y нелинейная и может быть представлена следующим образом: Z = a Z ¢Y m , где m – коэффициент, определяемый видом оптоэлектронного эффекта (для большинства электрооптических эффектов m = 1); а z ¢ –чувствительность ВЗУ .

Из рис.2.41. с учетом отмеченных преобразований получаем

где а Y = 1/а Y ¢, a z = a z ¢ – коэффициенты преобразования.

Оптический параметр ИВ является указателем У , по положению которого относительно шкалы Ш определяют показание Х П , соответствующее значению измеряемой величины X .

В зависимости от способа перемещения и принципа формирования указателя различают оптоэлектронные приборы с аналоговыми и дискретно-аналоговыми отсчетными устройствами. На рис. 2.42. представлены различные типы и формы отсчета у современных ОЭП.

Элементами оптоэлектронных устройств являются фотоэлектронные приборы, рассмотренные выше, а связь между элементами не электрическая, а оптическая. Таким образом, в оптоэлектронныхустройствах практически полностью устранена гальваническая связь между входными и выходными цепями и практически полностью устранена обратная связь между входом и выходом. Комбинируя элементы, входящие в оптоэлектронные устройства, можно получать самые различные их функциональные свойства. На рис. 6.35 представлены конструкции различных оптронов.

Простейшим оптоэлектронным устройством является оптрон.

Оптрон – это устройство, объединяющее в одном корпусе светодиод и приёмник фотоизлучения, например фотодиод (рис. 6.36).

Входной усиливаемый сигнал поступает на светодиод и вызывает его свечение, которое по световому каналу поступает на фотодиод. Фотодиод открывается и в его цепи протекает ток под действием внешнего источника E . Эффективную оптическую связь между элементами оптрона осуществляют с помощью средств волоконной оптики – световодов, выполненных в виде жгута из тонких прозрачных нитей, по которым сигнал передаётся за счёт полного внутреннего отражения с минимальными потерями и с высокой разрешающей способностью. Вместо фотодиода в составе оптрона может быть фототранзистор, фототиристор, фоторезистор.

На рис. 6.37 представлены условные графические обозначения таких приборов.

Диодный оптрон используется в качестве ключа и может коммутировать ток с частотой 10 6 ...10 7 Гц и имеет сопротивление между входной и выходной цепями – 10 13 ...10 15 Ом.

Транзисторные оптроны благодаря большей чувствительности фотоприемника экономичнее диодных. Однако быстродействие их меньше, максимальная частота коммутации обычно не превышает 10 5 Гц. Так же как и диодные, транзисторные оптроны имеют малое сопротивление в открытом состоянии и большое в закрытом и обеспечивают полную гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Использование в качестве фотоприемника фототиристора позволяет увеличить импульс выходного тока до 5 А и более. При этом время включения составляет менее 10 -5 с, а входной ток включения не превышает 10 мА. Такие оптроны позволяют управлять сильноточными устройствами различного назначения.

Выводы:

1. Работа оптоэлектронных приборов основана на принципе внутреннего фотоэффекта – генерации пары носителей заряда «электрон – дырка» под действием светового излучения.

2. Фотодиоды обладают линейной световой характеристикой.

3. Фототранзисторы имеют большую интегральную чувствительность, чем фотодиоды, благодаря усилению фототока.

4. Оптроны – оптоэлектронные приборы, в которых обеспечивается электрическая изоляция

входных и выходных цепей.

5. Фотоумножители позволяют резко увеличить фототок за счёт применения вторичной электронной эмиссии.

Контрольные вопросы

1. Что такое внешний и внутренний фотоэффект?

2. Какими параметрами характеризуется фоторезистор?

3. Какие физические факторы влияют на световую характеристику фоторезистора при больших световых потоках?

4. Каковы отличия в свойствах фотодиода и фоторезистора?

5. Как в фотоэлементе происходит непосредственное преобразование световой энергии в электрическую?

6. Каковы отличия в принципе действия и свойствах фотодиода и биполярного фототранзистора?

7. Почему тиристор может управлять относительно большими мощностями, чем допустимая мощность рассеяния самого фототиристора?

8. Что такое оптопара?

ПРИЛОЖЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Для унификации обозначений и стандартизации параметров полупроводниковых приборов используется система условных обозначений. Эта система классифицирует полупроводниковые приборы по их назначению, основным физическим и электрическим параметрам, конструктивнотехнологическим свойствам, виду полупроводниковых материалов. Система условных обозначений отечественных полупроводниковых приборов базируется на государственных и отраслевых стандартах. Первый ГОСТ на систему обозначений полупроводниковых приборов – ГОСТ 10862–64 был введен в 1964 году. Затем по мере возникновения новых классификационных групп приборов был изменен на ГОСТ 10862–72, а затем на отраслевой стандарт ОСТ 11.336.038–77 и ОСТ 11.336.919–81. При этой модификации основные элементы буквенно-цифрового кода системы условных обозначений сохранились. Данная система обозначений логически выстроена и позволяет дополнять себя по мере дальнейшего развития элементной базы.

Основные термины, определения и буквенные обозначения основных и справочных параметров полупроводниковых приборов приведены в ГОСТах:

§ 25529–82 – Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

§ 19095–73 – Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

§ 20003–74 – Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

§ 20332–84 – Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Оптоэлектроника — это отрасль электроники, посвященной теории и практике создания приборов и устройств, основанных на преобразовании электрических сигналов в оптические и наоборот.

В оптоэлектронике используется диапазон длин волн 0,2 мкм — 0,2 мм. Оптоэлектронный прибор — это совокупность источника и приемника излучения. В качестве источника излучения применяют светодиоды на основе GaAs, как фотоприемники — фотодиоды и фототранзисторы на основе Si.

Отличительной и особенностью оптоэлектронных приборов (ОЭП) от других является то, что в них оптически связаны, но электрически изолированы друг от друга. Благодаря этому легко обеспечивается согласованность высоко- и низковольтных и высокочастотных цепей.

Оптоэлектроника развивается по двум независимым направлениям:

1. Оптическое;
2. Электронно-оптическое.

Оптическое направление базируется на эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением (голография, фотохимия, электрооптика). Электронно-оптическое направление использует принцип фотоэлектрического преобразования при внутреннем фотоэффекте с одной стороны, и фотолюминесценции — с другой (замена гальванической и магнитной связи на оптическую, оптоволоконные линии связи).

На оптоэлектронном принципе могут быть созданы безвакуумные аналоги электронных устройств и систем:

• дискретные и аналоговые преобразователи электрических сигналов (усилители, генераторы, ключевые элементы, элементы памяти, логические схемы, линии задержки и др.)
• преобразователи оптических сигналов (усилители света и изображения, плоские экраны, которые передают и воспроизводят изображение)
• устройства воспроизведения (индикаторные экраны, цифровые табло, картинная логика и др.).

Основными факторами, которые обусловливают развитие оптоэлектроники, являются:

• разработка сверхчистых материалов,
• разработка совершенной технологии новых современных приборов и устройств,
• подготовка высококвалифицированных кадров.

Для изготовления активных и пассивных элементов оптоэлектроники широко применяются:

• полупроводниковые материалы, редкоземельные и их сплавы,
• диэлектрические соединения,
• пленочные материалы,
• фоторезисты,
• диффузанты.

В настоящее время номенклатура материалов, используемых в оптоэлектронике достаточно широка. К ним относятся вещества высокой чистоты, чистые металлы и сплавы со специальными электрофизическими свойствами, диффузанты, различные полупроводниковые соединения в виде порошков и монокристаллов, монокристаллические пластины из кремния, арсенида и фосфида галлия, фосфида индия, сапфир, гранат, различные вспомогательные материалы — технологические газы, фоторезисты, абразивные порошки и др.

Важнейшими материалами оптоэлектроники является такие вещества, как: GaAs, BaF 2 , CdTe (для изготовления подложек) структуры GaAlAs / GaAs / GaAlAs (электрооптические модуляторы) SiO 2 (материал для изоляции), Si, CdHgTe, PbSnSe (фотодиоды, фототранзисторы). В некоторых ИМС используются Ni, Cr, и Ag. Технология производства оптоэлектронных интегральных микросхем (ОЭИМС) постоянно совершенствуется на основе разработки новых физико-технологических процессов.

ОЭП имеют следующие преимущества:

• возможность пространственной модуляции световых пучков и их значительного пересечения при отсутствии гальваническим связей между каналами;
• большую функциональную нагрузку световых пучков благодаря возможности изменения многих их параметров (амплитуды, направления, частоты, фазы, поляризации).

Оптоэлектронные приборы — это приборы, принцип действия которых построен на использовании электромагнитного излучения оптического диапазона.

К основным группам оптоэлектронных приборов относят следующие:

• светоизлучающие диоды и лазеры;
• фотоэлектрические приемники излучения — фоторезисторы и фотоприемники с р-n-переходом;
• приборы, управляющие излучением — модуляторы, дефлекторы и др.; приборы для отображения информации — индикаторы;
• приборы для электрической изоляции — оптроны;
• оптические каналы связи и оптические запоминающие устройства.

Вышеперечисленные группы приборов осуществляют генерацию, преобразование, передачу и хранение информации. Носителями информации в оптоэлектронике являются нейтральные в электрическом смысле частицы — фотоны, которые нечувствительны к воздействию электрических и электромагнитных полей, не взаимодействуют между собой и создают однонаправленную передачу сигнала, что обеспечивает высокую помехозащищенность и гальваническую развязку входных и выходных цепей. Оптоэлектронные приборы принимают, превращают и генерируют излучение в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра.

Принцип действия оптоэлектронных приборов основан на использовании внешнего или внутреннего фотоэффекта.

Внешним фотоэффектом называется выход свободных электронов из поверхностного слоя фотокатода во внешнюю среду под действием света.

Внутренним фотоэффектом называется свободное перемещение внутри вещества электронов, освобожденных от связей в под действием света, и изменяющих его электропроводность или даже вызывающих появление ЭДС на границе двух веществ (р-n-переходе).

ОЭП нашли широкое применение в автоматических контрольных и измерительных системах, вычислительной технике, фототелеграфии, звуковоспроизводящей аппаратуре, кинематографии, спектрофотометрии, для преобразования световой энергии в электрическую, в автоматике для решения электрических цепей.

Оптрон

Оптрон — полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения, связанные между собой оптической связью. В источнике излучения электрические сигналы превращаются в световые, действующих на фотоприемник и создают в нем опять же электрические сигналы. Если оптрон имеет только один излучатель и один приемник излучения, то его называют оптопарой или элементарным оптроном.

Микросхема, состоящая из одной или нескольких оптопар с дополнительными устройствами для согласования и усиления сигнала, называется оптоэлектронной интегральной микросхемой. На входе и выходе оптрона всегда используются электрические сигналы, а связь входа и выхода происходит благодаря световому сигналу.

Фоторезистор

Фоторезисторы — это полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление под воздействием светового потока. В зависимости от спектральной чувствительности фоторезисторы делят на две группы: для видимой части спектра и для инфракрасной части спектра. Для изготовления фоторезисторов используют соединения Cd и Pb . Чувствительные элементы изготавливают из монокристаллов или поликристаллов этих соединений.

Обозначение фоторезисторов ранних выпусков:

• 1 элемент — буквы, обозначающие тип прибора (ФС — фотосопротивление),
• 2 элемент — буква, обозначающая материал светочувствительного элемента (А — сернистый свинец, К — сернистый кадмий, Д — селенистий кадмий),
• 3 элемент — цифра, которая обозначает тип конструктивного исполнения.
• буква Б перед цифрой — герметичный вариант исполнения,
• П — пленочный материал фоточувствительного элемента,
• М — монокристаллический материал фоточувствительного элемента.
• буква Т — тропический вариант, предназначенный для эксплуатации в условиях повышенных температур и влажности.

Принцип строения и схема включения фоторезистора

Обозначение современных фоторезисторов:

• 1 элемент — буквы, обозначающие тип прибора (СФ — сопротивление фоточувствительное),
• 2 элемент — цифра, которая означает материал светочувствительного элемента (2 — сернистый кадмий, 3 — селенистий кадмий, 4 — селенистый свинец),
• 3 элемент — цифра, которая означает порядковый номер разработки.

Фоторезисторы имеют высокую стабильность параметров. Изменение фототока является достаточно точной характеристикой его состояния. При длительной эксплуатации наблюдается стабилизация фототока, при этом его величина может изменяться на 20 — 30%. Фоторезисторы чувствительны к быстрой смене температур. Хранить фоторезисторы следует при 5 — 35 о С и влажности не более 80%.

К основным параметрам фоторезисторов относят:

1. Темновой ток (I т ) — ток, проходящий через фоторезистор при рабочем напряжении через 30 с после снятия освещенности 200 лк.
2. Световой ток (I с) — ток, проходящий через фоторезистор при рабочем напряжении и освещенности 200 лк от источника света с цветовой температурой 2850 К.
3. Температурный коэффициент фототока (ТК I ф ) — изменение фототока при изменении температуры фоторезистора на 1 о С.
4. Рабочее напряжение (U ф ) — напряжение, которое можно приложить к фоторезистора при длительной эксплуатации без изменения его параметров сверх допустимого.
5. Темновой сопротивление (R т ) — сопротивление фоторезистора при температуре 20 о С через 30 с после снятия освещенности 200 лк.
6. Удельный чувствительность (К 0 ) — отношение фототока к произведению величин светового потока, падающего на него и приложенного напряжения: К 0 = I ф / (Ф U ф ) , где Ф — световой поток, лм.
7. Постоянная времени (t ) — время, в течение которого фототок изменяется на нормированную величину при его освещении.
8. Мощность рассеяния (Р рас .) — максимально допустимая мощность, фоторезистор может рассеивать при непрерывном электрическом погрузке и температуре окружающей среды, не изменяя параметров сверх нормы, установленной техническими условиями.
9. Сопротивление изоляции (R и ).
10. Длинноволновая граница (l ).

Основными характеристиками фоторезисторов являются:

1. Вольт-амперная (I = f (U )) — зависимость светового, темнового или фототока (при Ф = const ) от приложенного напряжения.
2. Световая или люкс-амперная (I = f (Е)) — зависимость фототока от светового потока, падающего или освещенности (при U = const ).
3. Спектральная (I = f (l )) — зависимость фототока от длины волны светового потока (при U = const ).
4. Частотная (I Ф = f (F Ф)) — зависимость фототока от частоты модуляции светового потока (при U = const).

Высокая интегральная чувствительность позволяет использовать резисторы даже без усилителей, а малые габариты являются причинами их широкого применения.Основные недостатки фоторезисторов — их инерционность и сильное влияние температуры, приводит к большому разбросу характеристик.

Фотодиод

Фотодиоды — это полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов. Под действием света на электронно-дырочный переход происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода растет и увеличивается обратный ток. Такой режим работы называется фотодиодным режимом. Второй тип режима — фотогенераторный. В отличие от фотогенераторного для фотодиодного режима необходимо использовать внешний источник питания.

Схема включения фотодиода для работы в фотодиодном режиме

Основные параметры фотодиодов:

• интегральная чувствительность (~ 10 мА / лм): рабочее напряжение (10 — 30 В);
• темновой ток (~ 2 — 20 мкА).

Основные характеристики фотодиодов:

• вольт-амперная (I = f (U)) — зависимость светового, темнового или фототока (при Ф = const) от приложенного напряжения;
• энергетическая (I Ф = f (Ф)) — зависимость фототока от светового потока (при U = const ) — линейная, мало зависит от напряжения.

Вольт-амперные характеристики фотодиода для фотодиодного режима

В лавинных фотодиодах происходит лавинное размножения носителей в p-n переходе и за счет этого в десятки раз возрастает чувствительность. Фотодиоды с барьером Шоттки имеют высокое быстродействие. Фотодиоды с гетеропереходами работают как генераторы ЭДС. Германиевые фотодиоды используют как индикаторы инфракрасного излучения; кремниевые — для преобразования световой энергии в электрическую (солнечные батареи для автономного питания различной аппаратуры в космосе) селеновые — для изготовления фотоэкспонометров и свето-технических измерений, поскольку их спектральная характеристика близка к спектральной характеристики глаза человека.

Фототранзистор

Фототранзисторы — это полупроводниковые приборы с двумя p-n переходами, предназначенные для преобразования светового потока в электрический ток. От обычного биполярного транзистора фототранзистор конструктивно отличается тем, что в его корпусе предусмотрено прозрачное окно, через которое свет может попадать на область базы.

Напряжение питания подается на эмиттер и коллектор, его коллекторный переход оказывается закрытым, а эмиттерный — открытым. База остается свободной. При освещении фототранзистора в его базе генерируются электроны и дырки. В коллекторном переходе происходит распределение электронно-дырочных переходов, достигших в результате диффузии, границы перехода. Дыры (неосновные носители зарядов в полупроводнике), перебрасываются полем перехода в коллектор, увеличивая его собственный ток, а электроны (основные носители зарядов) остаются в базе, снижая ее потенциал. Снижение потенциала базы приводит к образованию дополнительной прямого напряжения на эмиттерном переходе и усиления инжекции дырок из эмиттера в базу. Инжектированных в базу дырки, достигая коллекторного перехода, вызывают дополнительное увеличение тока коллектора.

Структурная схема биполярного фототранзистора со свободной базой (а) и схема включения фототранзистора (б)

Ток коллектора освещенного фототранзистора оказывается достаточно большим; отношение светового тока к темнового достигает нескольких сотен.

Применяют два варианта включения фототранзисторов:

• диодное — с использованием только двух выводов (эмиттера и коллектора)
• транзисторное — с использованием трех выводов, когда на вход подают не только световой, но и электрический сигнал.

В оптоэлектронике, автоматике и телемеханике фототранзисторы используют для тех же целей, что и фотодиоды, но они уступают им по порогу чувствительности и температурному диапазону. Чувствительность фототранзисторов растет с интенсивностью их освещения.

Фототиристор

Фототиристор — это полупроводниковый прибор с четырехслойной p-n-p-n структурой, который сочетает в себе свойства тиристора и фотоприемника и преобразует световую в электрическую.

При отсутствии светового сигнала и управляющего тока фототиристор закрыт и через него проходит только темновой ток. Открывается фототиристор световым потоком, который поступает на базы p 2 и n 1 через «окно» в его корпусе и создает электронно-дырочные пары. Это приводит к возникновению первичных фототоков и образования общего фототока. Из этого следует, что при поступлении светового потока на базы p 2 и n 1 возрастает эмиттерный ток, коэффициент передачи тока α от эмиттера к коллектору является функцией освещенности, которая меняет ток p-n nepexoда. Сопротивление фототиристора изменяется в пределах от 0,1 Ом (в открытом состоянии) до 10 8 Ом (в закрытом), а время переключения составляет величину 10 -5 — 10 -6 с.

Структура фототиристора

Из световой характеристики I пр. = F (Ф) при U пр. = Const видно, что при включении фототиристора ток через него возрастает до I пр. = Е пр. / R нагр. и больше не меняется, то есть фототиристор имеет два стабильных состояния и может быть использован как элемент памяти. По вольтамперной характеристике I пр. = F (U пр. ) при Ф = const (Ф 2 > Ф1> Фо) видно, что с увеличением светового потока напряжение и время включения уменьшаются.

Характеристики фототиристора: а — световая, б — ВАХ, в — зависимость времени включения от светового потока

Преимуществами фототиристоров являются:

• высокая погрузочная способностью при малой мощности управляющего сигнала;
• возможность получать необходимый исходный сигнал без дополнительных каскадов усиления;
• наличие памяти, то есть поддержка открытого состояния после снятия управляющего сигнала;
• большая чувствительность;
• высокое быстродействие.

Вышеуказанные свойства фототиристоров позволяют упростить схемы, исключив из них усилители и релейные элементы, что очень важно в промышленной электронике, например в высоковольтных преобразователях. Чаще всего фототиристоры используют для коммутации световым сигналом мощных электрических сигналов.

Таким образом, несмотря на то, что оптоэлектроника была одним из первых направлений радиоэлектроники, она сохранила важное значение до настоящего времени, в отличии от многих, канувших в лету, технологий.

Оптоэлектронные приборы

Основные характеристики светоизлучающих диодов видимого диапазона

Основные характеристики светоизлучающих диодов инфракрасного диапазона

Оптоэлектронные приборы в широком понимании

Список использованных источников

Оптоэлектронные приборы

Работа оптоэлектронных приборов основана на электронно-фотонных процессах получения, передачи и хранения информации.

Простейшим оптоэлектронным прибором является оптоэлектронная пара, или оптрон. Принцип действия оптрона, состоящего из источника излучения, иммерсионной среды (световода) и фотоприемника, основан на преобразовании электрического сигнала в оптический, а затем снова в электрический.

Оптроны как функциональные приборы обладают следующими преимуществами перед обычными радиоэлементами:

полной гальванической развязкой «вход – выход» (сопротивление изоляции превышает 10 12 – 10 14 Ом);

абсолютной помехозащищенностью в канале передачи информации (носителями информации являются электрически нейтральные частицы – фотоны);

однонаправленностью потока информации, которая связана с особенностями распространения света;

широкополосностью из-за высокой частоты оптических колебаний,

достаточным быстродействием (единицы наносекунд);

высоким пробивным напряжением (десятки киловольт);

малым уровнем шумов;

хорошей механической прочностью.

По выполняемым функциям оптрон можно сравнивать с трансформатором (элементом связи) при реле (ключом).

В оптронных приборах применяют полупроводниковые источники излучения – светоизлучающие диоды, изготовляемые из материалов соединений группы А III B V , среди которых наиболее перспективны фосфид и арсенид галлия. Спектр их излучения лежит в области видимого и ближнего инфракрасного излучения (0,5 – 0,98 мкм). Светоизлучающие диоды на основе фосфида галлия имеют красный и зеленый цвет свечения. Перспективны светодиоды из карбида кремния, обладающие желтым цветом свечения и работающие при повышенных температурах, влажности и в агрессивных средах.

Светодиоды, излучающие свет в видимом диапазоне спектра, используют в электронных часах и микрокалькуляторах.

Светоизлучающие диоды характеризуются спектральным составом излучения, который достаточно широк, диаграммой направленности; квантовой эффективностью, определяемой отношением числа испускаемых квантов света к количеству прошедших через p -n -переход электронов; мощностью (при невидимом излучении) и яркостью (при видимом излучении); вольт-амперными, люмен-амперными и ватт-амперными характеристиками; быстродействием (нарастанием и спадом электролюминесценции при импульсном возбуждении), рабочим диапазоном температур. При повышении рабочей температуры яркость светодиода падает и снижается мощность излучения.

Основные характеристики светоизлучающих диодов видимого диапазона приведены в табл. 1, а инфракрасного диапазона – в табл. 2.

Таблица 1 Основные характеристики светоизлучающих диодов видимого диапазона

Тип диода	Яркость, кд/м 2 , или сила света, мккд		Цвет свечения	Постоянный прямой ток, мА
КЛ101 А – В АЛ102 А – Г АЛ307 А – Г	10 – 20 кд/м 2 40 – 250 мккд 150 – 1500 мккд		Красный, зеленый Красный, зеленый

Светоизлучающие диоды в оптоэлектронных приборах соединяются с фотоприемниками иммерсионной средой, основным требованием к которой является передача сигнала с минимальными потерями и искажениями. В оптоэлектронных приборах используют твердые иммерсионные среды – полимерные органические соединения (оптические клеи и лаки), халькогенидные среды и волоконные световоды. В зависимости от длины оптического канала между излучателем и фотоприемником оптоэлектронные приборы можно подразделить на оптопары (длина канала 100 – 300 мкм), оптоизоляторы (до 1 м) и волоконно-оптические линии связи – ВОЛС (до десятков километров).

Таблица 2. Основные характеристики светоизлучающих диодов инфракрасного диапазона

Тип диода	Полная мощность излучения, мВт	Постоянное прямое напряжение, В	Длина волны излучения, мкм	Время нарастания импульса излучения, нс	Время спада импульса излучения, нс
АЛ106 А – Д	0,6 – 1 (при токе 50 мА) 0,2 – 1,5 (при токе 100 мА) 6 – 10 (при токе 100 мА) 1,5 (при токе 100 мА) 0,2 (при токе 20 мА) 10 (при токе 50 м А)

К фотоприемникам, используемым в оптронных приборах, предъявляют требования по согласованию спектральных характеристик с излучателем, минимуму потерь при преобразовании светового сигнала в электрический, фоточувствительности, быстродействию, размерам фоточувствительной площадки, надежности и уровню шумов.

Для оптронов наиболее перспективны фотоприемники с внутренним фотоэффектом, когда взаимодействие фотонов с электронами внутри материалов с определенными физическими свойствами приводит к переходам электронов в объеме кристаллической решетки этих материалов.

Внутренний фотоэффект проявляется двояко: в изменении сопротивления фотоприемника под действием света (фоторезисторы) либо в появлении фото-эдс на границе раздела двух материалов – полупроводник-полупроводник, металл-полупроводник (вентильные фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы).

Фотоприемники с внутренним фотоэффектом подразделяют на фотодиоды (с p -n -переходом, МДП-структурой, барьером Шоттки), фоторезисторы, фотоприемники с внутренним усилением (фототранзисторы, составные фототранзисторы, фототиристоры, полевые фототранзисторы).

Фотодиоды выполняют на основе кремния и германия. Максимальная спектральная чувствительность кремния 0,8 мкм, а германия – до 1,8 мкм. Они работают при обратном смещении на p -n -переходе, что позволяет повысить их быстродействие, стабильность и линейность характеристик.

Наиболее часто в качестве фотоприемников оптоэлектронных приборов различной сложности применяют фотодиоды p - i -n -структуры, где i – обедненная область высокого электрического поля. Меняя толщину этой области, можно получить хорошие характеристики по быстродействию и чувствительности за счет малой емкости и времени пролета носителей.

Повышенными чувствительностью и быстродействием обладают лавинные фотодиоды, использующие усиление фототока при умножении носителей заряда. Однако у этих фотодиодов недостаточно стабильны параметры в диапазоне температур и требуются источники питания высокого напряжения. Перспективны для использования в определенных диапазонах длин волн фотодиоды с барьером Шоттки и с МДП-структурой.

Фоторезисторы изготовляют в основном из поликристаллических полупроводниковых пленок на основе соединения (кадмия с серой и селеном). Максимальная спектральная чувствительность фоторезисторов 0,5 – 0,7 мкм. Фоторезисторы, как правило, применяют при малой освещенности; по чувствительности они сравнимы с фотоэлектронными умножителями – приборами с внешним фотоэффектом, но требуют низковольтного питания. Недостатками фоторезисторов являются низкое быстродействие и высокий уровень шумов.

Наиболее распространенными фотоприемниками с внутренним усилением являются фототранзисторы и фототиристоры. Фототранзисторы чувствительнее фотодиодов, но менее быстродействующие. Для большего повышения чувствительности фотоприемника применяют составной фототранзистор, представляющий сочетание фото- и усилительного транзисторов, однако он обладает невысоким быстродействием.

В оптронах в качестве фотоприемника можно использовать фототиристор (полупроводниковый прибор с тремя p - n -переходами, переключающийся при освещении), который обладает высокими чувствительностью и уровнем выходного сигнала, но недостаточным быстродействием.

Многообразие типов оптронов определяется в основном свойствами и характеристиками фотоприемников. Одно из основных применений оптронов – эффективная гальваническая развязка передатчиков и приемников цифровых и аналоговых сигналов. В этом случае оптрон можно использовать в режиме преобразователя или коммутатора сигналов. Оптрон характеризуется допустимым входным сигналом (током управления), коэффициентом передачи тока, быстродействием (временем переключения) и нагрузочной способностью.

Отношение коэффициента передачи тока к времени переключения называется добротностью оптрона и составляет 10 5 – 10 6 для фотодиодных и фототранзисторных оптронов. Широко используют оптроны на основе фототиристоров. Оптроны на фоторезисторах не получили широкого распространения из-за низкой временной и температурной стабильности. Схемы некоторых оптронов приведены на рис. 4, а – г.

В качестве когерентных источников излучения применяют лазеры, обладающие высокой стабильностью, хорошими энергетическими характеристиками и эффективностью. В оптоэлектронике для конструирования компактных устройств используют полупроводниковые лазеры – лазерные диоды, применяемые, например, в волоконно-оптических линиях связи вместо традиционных линий передачи информации – кабельных и проводных. Они обладают высокой пропускной способностью (полоса пропускания единицы гигагерц), устойчивостью к воздействию электромагнитных помех, малой массой и габаритами, полной электрической изоляцией от входа к выходу, взрыво- и пожаробезопасностью. Особенностью ВОЛС является использование специального волоконно-оптического кабеля, структура которого представлена на рис. 5. Промышленные образцы таких кабелей имеют затухание 1 – 3 дБ/км и ниже. Волоконно-оптические линии связи используют для построения телефонных и вычислительных сетей, систем кабельного телевидения с высоким качеством передаваемого изображения. Эти линии допускают одновременную передачу десятков тысяч телефонных разговоров и нескольких программ телевидения.

В последнее время интенсивно разрабатываются и получают распространение оптические интегральные схемы (ОИС), все элементы которых формируются осаждением на подложку необходимых материалов.

Перспективными в оптоэлектронике являются приборы на основе жидких кристаллов, широко используемые в качестве индикаторов в электронных часах. Жидкие кристаллы представляют собой органическое вещество (жидкость) со свойствами кристалла и находятся в переходном состоянии между кристаллической фазой и жидкостью.

Индикаторы на жидких кристаллах имеют высокую разрешающую способность, сравнительно дешевы, потребляют малую мощность и работают при больших уровнях освещенности.

Жидкие кристаллы со свойствами, схожими с монокристаллами (нематики, наиболее часто используют в световых индикаторах и устройствах оптической памяти. Разработаны и широко применяются жидкие кристаллы, изменяющие цвет при нагревании (холестерики). Другие типы жидких кристаллов (смектики) используют для термооптической записи информации.

Оптоэлектронные приборы, разработанные сравнительно недавно, получили широкое распространение в различных областях науки и техники, благодаря своим уникальным свойствам. Многие из них не имеют аналогов в вакуумной и полупроводниковой технике. Однако существует еще много нерешенных проблем, связанных с разработкой новых материалов, улучшением электрических и эксплуатационных характеристик этих приборов и развитием технологических методов их изготовления.

Оптоэлектронный полупроводниковый прибор - полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании явлений излучения, передачи или поглощения в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой областях спектра.

Оптоэлектронные приборы в широком понимании представляют собой устройства , использующие оптическое излучение для своей работы: генерации, детектирования, преобразования и передачи информационного сигнала. Как правило, эти приборы включают в себя тот или иной набор оптоэлектронных элементов. В свою очередь, сами приборы можно подразделить на типовые и специальные, считая типовыми те из них, которые серийно производятся для широкого применения в различных отраслях промышленности, а специальные устройства выпускаются с учетом специфики конкретной отрасли - в нашем случае, полиграфии.

Все многообразие оптоэлектронных элементов подразделяют на следующие группы изделий: источники и приемники излучения, индикаторы, элементы оптики и световоды, а также оптические среды, позволяющие создавать элементы управления, отображения и запоминания информации. Известно, что любая систематизация не может быть исчерпывающей, но, как верно отметил наш соотечественник, открывший в 1869 г. периодический закон химических элементов, Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907), наука начинается там, где появляется счет, т.е. оценка, сравнение, классификация, выявление закономерностей, определение критериев, общих признаков. Учитывая это, прежде чем приступить к описанию конкретных элементов, следует хотя бы в общих чертах дать отличительную характеристику оптоэлектронных изделий.

Как было сказано выше, главным отличительным признаком оптоэлектроники является связь с информацией. К примеру, если в какой-то установке для закалки стальных валов используется лазерное излучение, то вряд ли закономерно относить эту установку к оптоэлектронным устройствам (хотя сам источник лазерного излучения имеет на это право).

Было также отмечено, что к оптоэлектронным относят обычно твердотельные элементы (в Московском энергетическом институте издано учебное пособие по курсу «Оптоэлектроника» под названием «Приборы и устройства полупроводниковой оптоэлектроники»). Но это правило не очень жесткое, так как в отдельных изданиях по оптоэлектронике подробно рассматривается работа фотоумножителей и электронно-лучевых трубок (они относятся к типу электровакуумных приборов), газовых лазеров и других устройств, которые не являются твердотельными. Однако в полиграфии упомянутые устройства широко используют наравне с твердотельными (в том числе и полупроводниковыми), решая схожие задачи, поэтому в данном случае они имеют полное право на рассмотрение.

Следует упомянуть еще о трех отличительных чертах, которые, по мнению известного специалиста в области оптоэлектроники Юрия Романовича Носова, характеризуют ее как научно-техническое направление.

Физическую основу оптоэлектроники составляют явления, методы, средства, для которых принципиальны сочетание и неразрывность оптических и электронных процессов. В широком смысле оптоэлектронное устройство определяется как прибор, чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной (ИК) или ультрафиолетовой (УФ) областях, или прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение в этих же спектральных областях.

Техническую основу оптоэлектроники определяют конструктивно-технологические концепции современной микроэлектроники: миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных плоскостных конструкций; интеграция элементов и функций.

Функциональное назначение оптоэлектроники состоит в решении задач информатики: генерации (формировании) информации путем преобразования различных внешних воздействий в соответствующие электрические и оптические сигналы; переносе информации; переработке (преобразовании) информации по заданному алгоритму; хранении информации, включающем такие процессы, как запись, собственно хранение, неразрушающее считывание, стирание; отображение информации, т.е. преобразование выходных сигналов информационной системы к воспринимаемому человеком виду.

Список использованных источников

http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/index.html?part-004.htm

http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/index.html?part-003.htm

http://revolution.allbest.ru/radio/00049966_0.html

http://revolution.allbest.ru/radio/00049842.html

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА

Реферат

на тему «Оптоэлектронные приборы.»

Выполнил:

Группы ОБД - 08

Чекардинн

Проверила:

Сидорова А.Э.

Тюмень 2010

1. Элементы оптоэлектронных устройств

   Реферат >> Коммуникации и связь

   По схеме составного транзистора. Оптоэлектронные приборы Работа оптоэлектронных приборов основана на электронно-фотонных... передачи и хранения информации. Простейшим оптоэлектронным прибором является оптоэлектронная пара, или оптрон. Принцип действия...

2. Применение оптронов и приборов для отображения информации

   Реферат >> Коммуникации и связь

   Определения Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы , в которых имеются источник и... 2. В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юшин «Полупроводниковые оптоэлектронные приборы .» / Справочник.”- М.: Энергоатомиздат, 2002 г. 3. Балуев В.К. «Развитие...

3. Признаки классификации полупроводниковых приборов

   Реферат >> Физика

   По каким признакам классифицируются полупроводниковые приборы ? Полупроводниковые приборы классифицируют в зависимости от механизма... оптически прозрачное окно. Светодиод Полупроводниковый оптоэлектронный прибор , преобразующий энергию протекающего прямого...