ГЛАВА 3. КОМПОНЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

§ 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Оптоэлектроникой называют научно-техническое направление, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются электрические и оптические средства и методы.

В оптоэлектронике световой луч выполняет те же функции управления, преобразования и связи, что и электрический сигнал в электрических цепях.

Устройства оптоэлектроники имеют ряд преимуществ перед чисто электронными устройствами.

В них обеспечивается практически полная гальваническая развяка между входной и выходной цепями. Отсутствует обратное влияние приемника сигнала на его источник. Легко согласуются между собой электрические цепи с разными входными и выходными импедансами. Оптоэлектронные устройства имеют широкую полосу пропускания и преобразования сигналов, большое быстродействие и высокую информационную емкость оптических каналов связи (до Гц). В связи с тем что в оптической цепи носителями заряда являются электрически нейтральные фотоны, которые в световом потоке не взаимодействуют между собой, не смешиваются и не рассеиваются, на подобные цепи практически не влияют всевозможные помехи, вызванные электрическими и магнитными полями. В электронных и электрических цепях, где носителями заряда являются электроны, имеющие определенный электрический заряд, всегда наблюдается «взаимодействие» носителей заряда с электрическими и магнитными полями, «следствие чего информационные сигналы искажаются.

К недостаткам оптоэлектронных компонентов относятся: плохая временная и температурная стабильность характеристик; большая потребляемая электрическая мощность; тожности изготовления универсальных устройств для обработки информации; меньшие функциональные возможности по сравнению с интегральными микросхемами; жесткие требования к технологии изготовления. Вследствие этого компоненты оптоэлектроники и электроники существуют не отрицая друг друга и каждый из них используется в той области, где применение его более целесообразно.

Оптоэлектронными приборами называют устройства, излучающие и преобразующие излучение в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра или использующие для своей работы электромагнитные излучения, частоты которых находятся в этих областях.

В общем случае термин «оптоэлектронный прибор» характеризует устройство, в котором имеются элементы, обеспечивающие генерирование оптического излучения, его передачу и прием. Сейчас к оптоэлектронным устройствам также относят: полупроводниковые приборы и микросхемы, выполняющие функции устройств оптической переработки информации; устройства отображения информации; сканисторы — устройства развертки изображений; единичные преобразователи электрических сигналов в оптические и наоборот — фотоизлучатели и фотоприемники.

Для осуществления элементарного пребразования в оптоэлектронике необходимо иметь управляемый источник света (фотоизлучатель), яркость свечения которого однозначно определяется электрическим сигналом, а также фотоприемник, сопротивление или ЭДС которого зависит от его освещенности.

Основным компонентом оптоэлектроники является «пара с фотонной связью», называемая оптроном. Простейший оптрон представляет собой четырехполюсник, состоящий из трех элементов: источника света 1, световода 2 и приемника света 3 (рис. 3.1,а). В таких оптронах развязка между входом и выходом характеризуется только сопротивлением утечки цепи и составляет Ом. Входной электрический сигнал в виде импульса или перепада входного тока возбуждает фотоизлучатель и вызывает световое излучение. Световой сигнал по световоду попадает в фотоприемник, на выходе которого образуется электрический импульс или перепад выходного тока. Внутренняя связь в оптроне данного типа — фотонная, а внешние — электрические.

Возможен также тип оптрона с электрической внутренней связью и фотоновыми внешними связями (рис. ). Он служит для усиления световых сигналов или преобразования сигнала одной частоты в сигнал другой, например сигналов невидимого инфракрасного излучения в сигнал видимого спектра.

Рис. 3.1. Структурная схема оптронов с внутренней фотонной связью (а) и с внутренней электрической связью (б)

Фотоприемник 1 преобразует входной световой сигнал в электрический. Последний усиливается электронным усилителем 2 и возбуждает источник света 3, частота излучения которого может существенно отличаться от частоты входного сигнала.

С помощью более сложных оптических и электрических связей удается получить оптроны с самыми различными свойствами.