I fotodispositivi sono dispositivi progettati per convertire l'energia della radiazione elettromagnetica in energia elettrica.
Dispositivi fotografici:
1. fotorivelatori (dispositivi optoelettronici progettati per convertire l'energia della radiazione ottica in energia elettrica.
Fotoresistenze (un dispositivo fotoelettrico a semiconduttore con un effetto fotoelettrico interno che utilizza il fenomeno della fotoconduttività, ovvero una variazione della conduttività elettrica di un semiconduttore sotto l'azione della radiazione ottica)
Fotodiodi (un dispositivo fotovoltaico a semiconduttore che utilizza un effetto fotoelettrico interno. Il dispositivo di un fotodiodo è simile a quello di un diodo planare convenzionale. La differenza è che la sua giunzione pn su un lato è rivolta verso la finestra di vetro nell'alloggiamento attraverso la quale entra la luce, ed è protetto dalla luce di esposizione sull'altro lato).
Fototransistor (un dispositivo a semiconduttore controllato da radiazione ottica con due giunzioni pn interagenti. I fototransistor, come i transistor convenzionali, possono avere una struttura pnp e npn. Strutturalmente, il fototransistor è progettato in modo tale che il flusso luminoso irradi la regione di base. L'applicazione più pratica ha trovato l'inclusione di un fototransistor in un circuito con OE, mentre il carico è incluso nel circuito del collettore. Il segnale di ingresso del fototransistor è il flusso luminoso modulato e il segnale di uscita è la variazione di tensione attraverso il resistore di carico nel collettore circuito)
Fototiristori (un dispositivo optoelettronico che ha una struttura simile a quella di un tiristore convenzionale e differisce da quest'ultimo in quanto viene attivato non dalla tensione, ma dalla luce che illumina il cancello. Questo dispositivo è utilizzato nei raddrizzatori a luce controllata ed è più efficace nel pilotare correnti elevate ad alte tensioni.Velocità di risposta alla luce - inferiore a 1 μs).
2. dispositivi emettitori
3. celle fotovoltaiche (batterie solari).
43. Elementi di optoelettronica. Lampade
I dispositivi luminosi sono dispositivi emettitori che convertono l'energia elettrica in energia di radiazione ottica con una certa lunghezza d'onda o in un intervallo di lunghezze d'onda ristretto. Il funzionamento delle sorgenti controllate di radiazione ottica si basa su uno dei seguenti fenomeni fisici: bagliore termico, radiazione a scarica di gas, elettroluminescenza, emissione stimolata. Le sorgenti di radiazione sono coerenti (laser) e incoerenti (lampade a incandescenza, lampade a scarica di gas, elementi elettroluminescenti, LED ad iniezione).
Il principio di funzionamento dei dispositivi che emettono semiconduttori si basa sul fenomeno dell'elettroluminescenza, il fenomeno dell'emissione di luce da parte di corpi sotto l'influenza di un campo elettrico. L'elettroluminescenza è un caso speciale di luminescenza - radiazione elettromagnetica non termica con una durata significativamente superiore al periodo di oscillazione della luce. I corpi solidi, liquidi e gassosi possono emettere luce. I dispositivi optoelettronici utilizzano la luminescenza di semiconduttori di impurità cristalline con un'ampia banda proibita. Nei semiconduttori, la generazione di radiazione ottica è fornita dall'elettroluminescenza ad iniezione. La generazione di radiazione ottica in una giunzione pn combina due processi: iniezione del vettore ed elettroluminescenza.
LED - un dispositivo a semiconduttore con una o più giunzioni elettriche che converte l'energia elettrica nell'energia della radiazione luminosa incoerente, quando la giunzione p-n è polarizzata in direzione in avanti. L'emissività di un LED è caratterizzata da: efficienza quantistica interna (o resa quantica interna), determinata dal rapporto tra il numero di fotoni generati e il numero di portatori di carica iniettati nella regione attiva nello stesso intervallo di tempo; efficienza quantistica esterna della radiazione (resa quantistica), determinata dal rapporto tra il numero di fotoni emessi dal diodo nello spazio esterno e il numero di portatori iniettati attraverso la giunzione p-n.
Caratteristiche del LED: CVC, caratteristica di luminosità (dipendenza della luminosità della radiazione dalla quantità di corrente che scorre attraverso la giunzione pn), caratteristica spettrale (dipendenza dell'intensità di radiazione dalla lunghezza d'onda della luce emessa o dall'energia della quanti emessi). Parametri LED: intensità luminosa (flusso luminoso per unità di angolo solido in una determinata direzione, espresso in candele (cd)), luminosità della radiazione (rapporto tra l'intensità luminosa e l'area della superficie luminosa), tensione diretta costante (caduta di tensione attraverso il diodo ad una data corrente); colore del bagliore o lunghezza d'onda corrispondente al massimo flusso luminoso; la massima corrente diretta diretta consentita (determina la massima luminosità della radiazione), la massima tensione diretta inversa consentita.
Inviare il tuo buon lavoro nella knowledge base è semplice. Usa il modulo sottostante
Gli studenti, i dottorandi, i giovani scienziati che utilizzano la base di conoscenze nei loro studi e nel loro lavoro ti saranno molto grati.
postato su http://www.allbest.ru
postato su http://www.allbest.ru
1. Classificazione dispositivi optoelettronici e dispositivi
L'optoelettronica copre due aree principali indipendenti: ottica ed elettronica-ottica. La direzione ottica si basa sugli effetti dell'interazione di un corpo solido con la radiazione elettromagnetica. Si basa su olografia, fotochimica, elettro-ottica e altri fenomeni.
La direzione ottica è talvolta chiamata direzione laser.
La direzione elettro-ottica utilizza il principio della conversione fotoelettrica, attuata in un corpo solido attraverso un effetto fotoelettrico interno, da un lato, e l'elettroluminescenza, dall'altro. Questa direzione si basa sulla sostituzione dei collegamenti galvanici e magnetici nei circuiti elettronici tradizionali con quelli ottici. Ciò consente di aumentare la densità delle informazioni nel canale di comunicazione, la sua velocità, l'immunità al rumore.
Tabella 1
|
Emettitori di luce |
Diodo ad emissione luminosa laser a semiconduttore laser a gas laser a stato solido Laser colorante |
|
|
Fotorilevatori |
fotoresistenza Fotodiodo (batteria solare) Fototransistor Fotodiodo a valanga Fotocellula Fotomoltiplicatore |
|
|
Guide d'onda ottiche |
fibra ottica Film lente in guida d'onda |
|
|
memoria ottica |
Basato sul dispositivo: pellicola fotografica materiali fotocromatici termoplastici Semiconduttore amorfo |
|
|
Dispositivi funzionali |
Convertitore di radiazione incoerente a coerente elemento ottico bistabile isolatore ottico |
|
|
circuiti integrati |
CI ottici Circuiti integrati optoelettronici |
|
|
Modulatori di luce e sistemi di deflessione |
Sistema a specchio Modulatori elettro-ottici modulatori magneto-ottici modulatori acusto-ottici Separatori e filtri in fibra ottica |
|
|
PORTATO elettroluminescente Fosforescente cristalli liquidi Plasma |
2. Sorgenti LED maggiore luminosità e luce bianca
Un urgente bisogno di vasta gamma schermate informative, display, apparecchi di illuminazione richiede la creazione di diodi a emissione di luce (LED OJ) particolarmente luminosi di vario genere colori, compresa la luce bianca.
I LED OIC verdi, bianchi e blu sono fabbricati su strutture InGaN. Hanno cadute di tensione diretta Upr significativamente maggiori rispetto al rosso, al giallo e all'arancione. La necessità di restrizione corrente continua spiega la fattibilità di alimentare i LED da fonti di corrente.
Quando si sceglie un LED HE, viene prestata particolare attenzione al tipo e al design della lampadina. Il pallone deve essere trasparente se:
Richiede la massima intensità luminosa con un angolo del fascio relativamente piccolo (30°).
Il LED viene utilizzato con ottiche secondarie (colore e filtri opachi) o come correzione locale di una sorgente luminosa come una torcia;
La lampadina trasparente viene utilizzata in tutti i tipi di retroilluminazione a LED e LED.
Miglioramento dei LED.
3. Il dispositivo e il principio di funzionamento della fotoresistenza
Una fotoresistenza è una resistenza a semiconduttore il cui funzionamento si basa sull'effetto fotoresistivo.
Quando la fotoresistenza viene irradiata con fotoni, si verifica un'eccessiva concentrazione di portatori di carica nello strato fotosensibile del semiconduttore. Se viene applicata una tensione al fotoresistenza, un ulteriore componente di corrente lo attraverserà: la fotocorrente dovuta all'eccessiva concentrazione di portanti.
La fotocorrente corrisponde al passaggio attraverso la fotoresistenza e attraverso il circuito esterno degli elettroni.
Se non c'è irradiazione, la fotoresistenza ha un RT ad alta resistenza, chiamato scuro. È uno dei parametri della fotoresistenza ed è 104 - 107 ohm. La corrente corrispondente attraverso la fotoresistenza è chiamata corrente oscura.
Sotto l'azione della radiazione con sufficiente energia fotonica sul fotoresistenza, vengono generate coppie di portatori di carica mobili (elettroni e lacune) e la sua resistenza diminuisce.
Per le fotoresistenze vengono utilizzati vari semiconduttori che hanno le proprietà desiderate. Quindi, ad esempio, il solfuro di piombo è più sensibile agli infrarossi e il solfuro di cadmio ai raggi visibili. I fotoresistenze sono caratterizzati dalla sensibilità integrale S, cioè il rapporto tra la fotocorrente Iph e il flusso luminoso Ф al valore di tensione nominale:
Oltre alla sensibilità specifica, ad es. sensibilità integrata relativa a 1 V di tensione applicata:
semiconduttore fotoresistivo ottico
dove F è il flusso luminoso.
Tipicamente, la sensibilità specifica è di centinaia o migliaia di microampere per volt-lume.
I fotoresistenze hanno una caratteristica di corrente-tensione lineare ed energia non lineare.
I parametri delle fotoresistenze, oltre alla resistenza al buio e alla sensibilità specifica, dovrebbero includere anche la tensione operativa massima consentita (fino a 600 V), la molteplicità delle variazioni di resistenza (può arrivare fino a 500), coefficiente di temperatura fotocorrente:
Una significativa dipendenza della resistenza dalla temperatura, caratteristica dei semiconduttori, è uno svantaggio delle fotoresistenze. Anche la loro grande inerzia, che si spiega con il tempo piuttosto lungo di ricombinazione di elettroni e lacune dopo la fine dell'irradiazione, deve essere considerata un notevole inconveniente.In pratica le fotoresistenze vengono utilizzate solo a frequenze non superiori a diverse centinaia di hertz o unità di kilohertz . Il rumore intrinseco delle fotoresistenze è significativo. Tuttavia, le fotoresistenze sono ampiamente utilizzate in vari circuiti di automazione e in molti altri dispositivi.
4. Progettazione e principio di funzionamento del generatore di blocco optoelettronico
Opzione dispositivo a impulsi tipo generatore di blocco è mostrato in fig. 1. L'utilizzo di un fotoaccoppiatore a diodi consente di escludere un trasformatore di impulsi che non può essere microminiaturizzato. L'accoppiatore ottico trasmette corrente continua, quindi il circuito genera impulsi forma rettangolare, la cui durata è limitata solo dall'inerzia del transistor e dai parametri del circuito C. Un vantaggio importante è l'elevata immunità ai disturbi del circuito nel circuito di potenza.
Il circuito funziona come segue (Fig. 1).
Figura 1. Blocco fotoaccoppiatore - generatore: circuito; grafici di lavoro
Quando un segnale di trigger ir arriva all'ingresso del transistor bloccato, il transistor passa alla modalità attiva, la corrente del collettore del transistor ik inizia a fluire attraverso il LED dell'accoppiatore ottico e la corrente scorre nella base del transistor attraverso il fotodiodo dell'optoaccoppiatore e del condensatore C risposta ib. Sotto l'azione di un segnale di feedback, il transistor entra in modalità di saturazione. Le ampiezze della tensione di uscita Uout e della corrente di saturazione del collettore Icn sono:
Uout = Up-Un-Usd;
Dove - Di conseguenza, la tensione di saturazione TV e sul LED.
Il transistor e il LED sono collegati in serie.
I LED moderni hanno una corrente nominale massima inferiore rispetto a un transistor. Pertanto, il valore limite della corrente di uscita nel circuito è determinato non dal transistor, ma dal LED dell'accoppiatore ottico ed è 100-200 mA.
La durata dell'impulso di uscita ti è uguale all'intervallo di tempo in cui la corrente di base del transistor scende dal valore iniziale Ib,o alla corrente al limite di saturazione Ib n, cioè
Coefficiente di trasferimento di corrente del transistor;
dove, è la resistenza di base del transistor;
corrente di base; - corrente di base quando il transistor è saturo.
Otteniamo un'espressione per calcolare la durata dell'impulso:
dove è il coefficiente di trasferimento attuale dell'accoppiatore ottico,
Pertanto, per la formazione di impulsi di lunga durata, è necessario utilizzare transistor di lunga durata, poiché gli optoaccoppiatori a diodi sono inferiori a 5-10-2.
La durata della pausa tra gli impulsi tn è determinata dal tempo di ripristino del circuito di base: la durata della scarica del condensatore di temporizzazione C attraverso il resistore R:
Blocco dell'accoppiatore ottico: il generatore, rispetto a quello del trasformatore, ha una maggiore stabilità termica, poiché il coefficiente di trasferimento dell'accoppiatore ottico diminuisce all'aumentare della temperatura e il transistor aumenta; inoltre lo schema è strutturalmente più semplice, tecnologicamente più avanzato. Lo svantaggio dello schema è la diminuzione dell'energia dell'impulso di uscita, associata alla bassa dissipazione di potenza dell'accoppiatore ottico LED.
Ospitato su Allbest.ru
...Documenti simili
Il lavoro dei dispositivi optoelettronici si basa su processi elettrone-fotoni di ricezione, trasmissione e memorizzazione di informazioni. Uno dei dispositivi optoelettronici è un fotoaccoppiatore, il cui principio è convertire un segnale elettrico in uno ottico.
abstract, aggiunto il 01/07/2009
Dispositivi elettronici, il cui funzionamento si basa su processi elettronici nei semiconduttori (dispositivi a semiconduttore). Classificazione dei dispositivi a semiconduttore per scopo e principio di funzionamento, tipo di materiale, design e tecnologia, applicazione.
abstract, aggiunto il 17/03/2011
Conoscenza dei dispositivi optoelettronici: dispositivi in cui, durante l'elaborazione delle informazioni, i segnali elettrici vengono convertiti in segnali ottici e viceversa. Gli optoaccoppiatori sono l'elemento principale dell'optoelettronica. Il principio di funzionamento del LED di iniezione.
abstract, aggiunto il 01/06/2009
Aspetto esteriore una serie di sensori: luce, pressione, temperatura, velocità, movimento. L'elenco delle varietà di fotoresistenze e l'enumerazione del loro ambito. Aspetto e diagramma schematico del lavoro dello stand di laboratorio "Ricerca di fotoresistenze".
presentazione, aggiunta il 14/03/2011
Fondamenti fisici lavoro delle fotoresistenze, loro caratteristiche corrente-tensione, luce e spettrali; inerzia. La struttura del fotoresistenza, lo schema della sua inclusione e il principio di funzionamento. Caratteristiche della fotoconduttività delle impurità, il fenomeno della conducibilità elettrica.
lavoro di controllo, aggiunto il 03/12/2015
LED: un dispositivo a semiconduttore con una transizione elettrone-lacuna, che crea radiazioni ottiche quando viene attraversato corrente elettrica: storia della creazione, tipi, classificazione. Il dispositivo dei dispositivi di illuminazione a LED, ambito.
abstract, aggiunto il 05/05/2013
Verifica automatica degli afflussi strumenti di misura movimenti lineari. Il principio di funzionamento dei principali componenti funzionali. L'area delle possibili soluzioni circuitali. Implementazione di componenti funzionali. Testare il dispositivo generatore di segnali.
prova, aggiunto il 02/04/2011
Caratteristiche degli strumenti elettromeccanici per la misura di corrente continua, alternata e tensione. Il loro design, principio di funzionamento, portata, vantaggi e svantaggi. Definizione e classificazione di voltmetri elettronici, circuiti strumentali.
tesina, aggiunta il 26/03/2010
Basi fisiche dei dispositivi a semiconduttore. Il principio di funzionamento dei transistor bipolari, le loro caratteristiche statiche, i parametri a basso segnale, i circuiti di commutazione. Transistori ad effetto di campo con giunzione elettrone-lacuna di controllo e gate isolato.
test, aggiunto il 13/02/2015
Il principio di funzionamento e i parametri degli elementi CCD, nonché le varietà dei loro design. Distribuzione del potenziale superficiale nella struttura MIS nella direzione perpendicolare al cancello. Il principio di funzionamento del CCD si basa sull'accumulo e la memorizzazione dei pacchetti di carica.
Conoscenza dei dispositivi optoelettronici: dispositivi in cui, durante l'elaborazione delle informazioni, i segnali elettrici vengono convertiti in segnali ottici e viceversa. Gli optoaccoppiatori sono l'elemento principale dell'optoelettronica. Il principio di funzionamento del LED di iniezione.
Inviare il tuo buon lavoro nella knowledge base è semplice. Usa il modulo sottostante
Gli studenti, i dottorandi, i giovani scienziati che utilizzano la base di conoscenze nei loro studi e nel loro lavoro ti saranno molto grati.
Ministero dell'Istruzione della Repubblica di Bielorussia
Istituto d'Istruzione
“Università statale bielorussa
informatica e radioelettronica”
Dipartimento di SVE
"Fondamenti di optoelettronica. Classificazione dei dispositivi optoelettronici"
MINSK, 2008
L'optoelettronica è un'importante area indipendente dell'elettronica funzionale e della microelettronica. Un dispositivo optoelettronico è un dispositivo in cui, durante l'elaborazione delle informazioni, i segnali elettrici vengono convertiti in segnali ottici e viceversa.
Una caratteristica essenziale dei dispositivi optoelettronici è che gli elementi in essi contenuti sono accoppiati otticamente, ma elettricamente isolati l'uno dall'altro.
In questo modo è facile abbinare circuiti ad alta e bassa tensione, così come ad alta e bassa frequenza. Inoltre, altri vantaggi sono inerenti ai dispositivi optoelettronici: la possibilità di modulazione spaziale dei fasci di luce, che, in combinazione con i cambiamenti nel tempo, dà tre gradi di libertà (due nei circuiti puramente elettronici); la possibilità di diramazioni e intersezioni significative di fasci luminosi in assenza di collegamento galvanico tra i canali; grande carico funzionale dei fasci di luce dovuto alla possibilità di modificare molti dei loro parametri (ampiezza, direzione, frequenza, fase, polarizzazione).
L'optoelettronica copre due aree principali indipendenti: ottica ed elettronica-ottica. La direzione ottica si basa sugli effetti dell'interazione di un corpo solido con la radiazione elettromagnetica. Si basa su olografia, fotochimica, elettro-ottica e altri fenomeni. La direzione ottica è talvolta chiamata direzione laser.
La direzione elettro-ottica utilizza il principio della conversione fotoelettrica, attuata in un corpo solido attraverso un effetto fotoelettrico interno, da un lato, e l'elettroluminescenza, dall'altro. Questa direzione si basa sulla sostituzione dei collegamenti galvanici e magnetici nei circuiti elettronici tradizionali con quelli ottici. Ciò consente di aumentare la densità delle informazioni nel canale di comunicazione, la sua velocità, l'immunità al rumore.
Fig. 1. Fotoaccoppiatore con accoppiamenti fotonici interni (a) ed esterni (b): 1, 6 - sorgenti luminose; 2 - guida di luce; 3, 4 - ricevitori di luce; 5 - amplificatore.
L'elemento principale dell'optoelettronica è l'accoppiatore ottico. Esistono fotoaccoppiatori con accoppiamento fotonico interno (Fig. 1, a) ed esterno (Fig. 1, b). Il fotoaccoppiatore più semplice è una rete a quattro terminali (Fig. 1, a), costituita da tre elementi: un fotoemettitore 1, una guida di luce 2 e un ricevitore di luce 3, racchiusi in un alloggiamento sigillato a tenuta di luce. Quando un segnale elettrico viene applicato all'ingresso sotto forma di un impulso o di una caduta nella corrente di ingresso, viene eccitato un fotoemettitore. Il flusso luminoso attraverso la guida di luce entra nel fotorilevatore, all'uscita del quale si forma un impulso elettrico o una caduta della corrente di uscita. Questo tipo di fotoaccoppiatore è un amplificatore di segnali elettrici, in cui l'accoppiamento interno è fotonico e quelli esterni sono elettrici.
Un altro tipo di fotoaccoppiatore - con accoppiamento interno elettrico e accoppiamenti esterni fotonici (Fig. 1, b) - è un amplificatore di segnali luminosi, nonché un convertitore di segnali di una frequenza in segnali di un'altra frequenza, ad esempio segnali radiazione infrarossa in segnali dello spettro visibile. Il ricevitore di luce 4 converte il segnale luminoso in ingresso in elettrico. Quest'ultimo è amplificato dall'amplificatore 5 ed eccita la sorgente luminosa 6.
Attualmente è stato sviluppato un gran numero di dispositivi optoelettronici per vari scopi. Nella microelettronica, di norma, vengono utilizzati solo quegli elementi funzionali optoelettronici per i quali esiste la possibilità di integrazione, nonché la compatibilità della loro tecnologia di fabbricazione con la tecnologia di fabbricazione dei corrispondenti circuiti integrati.
Fotoemettitori. Le sorgenti luminose nell'optoelettronica sono soggette a requisiti quali miniaturizzazione, basso consumo energetico, alta efficienza e affidabilità, lunga durata, producibilità. Devono avere un'alta velocità, consentire la possibilità di produzione sotto forma di dispositivi integrati.
Più ampio utilizzo I LED a iniezione sono stati ottenuti come sorgenti elettroluminescenti, in cui l'emissione di luce è determinata dal meccanismo di ricombinazione interbanda di elettroni e lacune. Se manca abbastanza alta corrente iniezione attraverso la giunzione p-n (nella direzione in avanti), quindi alcuni degli elettroni dalla banda di valenza andranno alla banda di conduzione (Fig. 2). Nella parte superiore della banda di valenza si formano stati liberi (buchi) e nella parte inferiore della banda di conduzione si forma il riempimento dello stato (elettroni di conduzione).
Una tale popolazione inversa non è in equilibrio e porta all'emissione caotica di fotoni durante le transizioni di elettroni inversi. Il bagliore incoerente che sorge in questo caso nella giunzione pn è l'elettroluminescenza.
Fig.2. Per spiegare il principio di funzionamento del LED di iniezione.
Un fotone emesso durante una transizione luminescente da una parte piena della banda di conduzione a parte libera la banda di valenza, provoca un'emissione indotta di un fotone identico, facendo saltare un altro elettrone nella banda di valenza. Tuttavia, un fotone della stessa energia (da? E=E2-E1 a? E=2? E) non può essere assorbito, poiché lo stato inferiore è libero (non ha elettroni) e lo stato superiore è già pieno. Ciò significa che la giunzione p-n è trasparente per i fotoni di questa energia, cioè per la frequenza corrispondente. Al contrario, fotoni con energie maggiori di?E+2?E possono essere assorbiti, trasferendo elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Allo stesso tempo, per tali energie, l'emissione indotta di fotoni è impossibile, poiché lo stato iniziale superiore non è riempito, mentre lo stato inferiore è riempito. Pertanto, l'emissione stimolata è possibile in un intervallo ristretto attorno alla frequenza corrispondente all'energia del gap di banda ΔE con una larghezza spettrale ΔE.
I migliori materiali per i LED sono arseniuro di gallio, fosfuro di gallio, fosfuro di silicio, carburo di silicio, ecc. I LED hanno un'alta velocità (circa 0,5 μs), ma consumano corrente elevata (circa 30 A/cm2). Recentemente sono stati sviluppati LED a base di arseniuro di gallio - alluminio, la cui potenza varia da frazioni a diversi milliwatt con una corrente continua di decine di milliampere.K. p.d. dei LED non supera 1 - 3%.
Sorgenti di luce promettenti sono i laser a iniezione, che consentono di concentrare energie elevate in una regione spettrale ristretta ad alta efficienza e velocità (decine di picosecondi). Questi laser possono essere realizzati sotto forma di matrici su un unico chip di base utilizzando la stessa tecnologia dei circuiti integrati. Lo svantaggio dei semplici laser a iniezione è che hanno prestazioni accettabili solo quando viene utilizzato il raffreddamento a temperature molto basse. A temperatura normale, un laser all'arseniuro di gallio ha un piccolo potenza media, bassa efficienza (circa 1%), bassa stabilità e durata. Un ulteriore miglioramento del laser ad iniezione mediante la creazione di una giunzione di una struttura complessa mediante eterogiunzioni (eterogiunzione - confine tra strati con gli stessi tipi di conducibilità elettrica, ma con differenti band gap) ha permesso di ottenere una sorgente luminosa di piccole dimensioni operante a temperatura normale con un'efficienza del 10 - 20 % e caratteristiche accettabili.
Fotorilevatori. Per convertire i segnali luminosi in segnali elettrici, vengono utilizzati fotodiodi, fototransistor, fotoresistenze, fototiristori e altri dispositivi.
Il fotodiodo è un parziale direzione inversa Giunzione p-n, la cui corrente di saturazione inversa è determinata dal numero di portatori di carica generati in essa dall'azione della luce incidente (Fig. 3). I parametri di un fotodiodo sono espressi in termini di valori della corrente che scorre nel suo circuito. La sensibilità del fotodiodo, comunemente chiamato integrale, è definita come il rapporto tra la fotocorrente e il flusso luminoso che l'ha provocata Ф?. La soglia di sensibilità dei fotodiodi è stimata dai valori noti della sensibilità integrale (corrente) e della corrente oscura Id, cioè corrente che scorre nel circuito in assenza di irraggiamento dello strato sensibile.
I materiali principali per i fotodiodi sono germanio e silicio. I fotodiodi al silicio sono generalmente sensibili in una regione ristretta dello spettro (da ? = 0,6 - 0,8 μm a ? = 1,1 μm) con un massimo a? = 0,85 µm e i fotodiodi al germanio hanno limiti di sensibilità? \u003d 0,4 - 1,8 micron con un massimo a? ? 1,5 micron. Nella modalità fotodiodo ad una tensione di alimentazione di 20 V, la corrente di buio dei fotodiodi al silicio solitamente non supera i 3 μA, mentre quella del germanio; fotodiodi con una tensione di alimentazione di 10 V, raggiunge 15-20 μA.
Fig.3. Schema e caratteristiche corrente-tensione del fotodiodo.
Fig.4. Schema e caratteristiche corrente-tensione del fototransistor.
I fototransistor sono ricevitori di energia radiante con due o più giunzioni pn, che hanno la proprietà di amplificare la fotocorrente quando lo strato sensibile viene irradiato. Un fototransistor combina le proprietà di un fotodiodo e le proprietà di amplificazione di un transistor (Fig. 4). La presenza contemporanea di ingressi ottici ed elettrici nel fototransistor consente di creare la polarizzazione necessaria per il funzionamento nella sezione lineare della caratteristica energetica, nonché di compensare le influenze esterne. Per rilevare piccoli segnali è necessario amplificare la tensione prelevata dal fototransistor. In questo caso, aumentare la resistenza di uscita corrente alternata con una corrente di oscurità minima nel circuito del collettore, creando una polarizzazione positiva alla base.
Guide di luce. Tra la sorgente e il ricevitore di luce nell'accoppiatore ottico c'è una guida di luce. Per ridurre le perdite di riflessione dall'interfaccia tra il LED e il mezzo conduttivo (fibra ottica), quest'ultimo deve avere un elevato indice di rifrazione. Tali mezzi sono chiamati immersione. Il materiale da immersione deve inoltre avere una buona adesione ai materiali sorgente e ricevitore, fornire sufficiente adattamento in termini di coefficienti di dilatazione, essere trasparente nell'area di lavoro, ecc. I più promettenti sono i vetri al piombo con un indice di rifrazione di 1,8-1,9 e i vetri al selenio con un indice di rifrazione di 2,4-2,6. La Figura 5 mostra una sezione trasversale di un fotoaccoppiatore a stato solido con una guida di luce a immersione.
Sottili filamenti di vetro o plastica trasparente sono usati come guide di luce nell'optoelettronica. Questa direzione è chiamata fibra ottica. Le fibre sono ricoperte con materiali fotoisolanti e collegate in cavi luminosi multipolari. Svolgono la stessa funzione in relazione alla luce dei fili metallici in relazione alla corrente. Con l'ausilio della fibra ottica è possibile: effettuare la trasmissione elemento per elemento di un'immagine con una risoluzione determinata dal diametro della fibra ottica (circa 1 micron); produrre trasformazioni spaziali dell'immagine dovute alla possibilità di piegare e torcere le fibre della guida di luce; trasmettere immagini su lunghe distanze, ecc. La figura 6 mostra una guida di luce sotto forma di un cavo di fibre conduttrici di luce.
ottica integrata. Una delle aree promettenti della microelettronica funzionale è l'ottica integrata, che garantisce la creazione di sistemi super efficienti per la trasmissione e l'elaborazione di informazioni ottiche. L'area di ricerca nell'ottica integrata comprende la propagazione, la conversione e l'amplificazione della radiazione elettromagnetica nel campo ottico in guide d'onda dielettriche a film sottile e fibre ottiche. L'elemento principale dell'ottica integrata è una guida a microonde ottica sfusa o di superficie. La più semplice guida a microonde ottica volumetrica simmetrica è una regione localizzata in una o due dimensioni spaziali con un indice di rifrazione maggiore di quello del mezzo ottico circostante. Una tale regione otticamente più densa è qualcos'altro che un canale o uno strato portante di una guida d'onda dielettrica.
Fig.5. Sezione di un fotoaccoppiatore allo stato solido con guida di luce ad immersione: 1 - diffusione planare; 2 - vetro al selenio; 3 - contatti ohmici; 4 - mesastruttura di diffusione; 5 - sorgente luminosa; 6 - ricevitore di luce.
Fig.6. Guida di luce sotto forma di un cavo di fibre conduttrici di luce: 1 - sorgente luminosa; 2 - ricevitore di luce; 3 - cavo luce.
Un esempio di guida d'onda dielettrica di superficie asimmetrica è una pellicola sottile di un dielettrico o semiconduttore otticamente trasparente con un indice di rifrazione maggiore di quello del substrato otticamente trasparente. Grado di localizzazione campo elettromagnetico, nonché il rapporto tra i flussi di energia trasferiti lungo lo strato portante e il substrato, sono determinati dalla dimensione trasversale effettiva dello strato portante e dalla differenza tra gli indici di rifrazione dello strato portante e il substrato ad una data frequenza di radiazione. Una guida relativamente semplice e più adatta per dispositivi ottici a stato solido è una guida a microonde a striscia ottica, realizzata sotto forma di un sottile film dielettrico (Fig. 7), depositata su un substrato con metodi microelettronici (ad esempio mediante deposizione sotto vuoto). Utilizzando una maschera, interi circuiti ottici possono essere applicati a un substrato dielettrico con un elevato grado di precisione. L'uso della litografia a fascio di elettroni ha assicurato il successo nella realizzazione sia di guide d'onda a striscia singola e otticamente accoppiate su una certa lunghezza, sia successivamente di guide d'onda divergenti, essenziali per la realizzazione di accoppiatori direzionali e filtri selettivi in frequenza nei sistemi ottici integrati .
Fig 7. Guida a microonde a striscia ottica con un rettangolo sezione trasversale: 1 - substrato; 2 - film dielettrico.
Microcircuiti optoelettronici. Un gran numero di microcircuiti è stato sviluppato sulla base dell'optoelettronica. Considera alcuni microcircuiti optoelettronici prodotti dall'industria nazionale. Nella microelettronica, i microcircuiti optoelettronici di isolamento galvanico sono i più utilizzati. Questi includono interruttori ad alta velocità, interruttori di segnale analogico, interruttori e dispositivi optoelettronici analogici progettati per l'uso in sistemi di elaborazione funzionale del segnale analogico.
L'elemento principale di qualsiasi microcircuito optoelettronico è un fotoaccoppiatore (Fig. 8, a, b), costituito da una sorgente luminosa 1 controllata da un segnale di ingresso, un mezzo di immersione 2 accoppiato otticamente alla sorgente luminosa e un fotorilevatore 3. I parametri dell'accoppiatore ottico sono la corrente di resistenza di disaccoppiamento costante, il rapporto di trasferimento della corrente (rapporto tra la fotocorrente del ricevitore e la corrente dell'emettitore), il tempo di commutazione e la capacità attraverso.
Sulla base di coppie optoelettroniche vengono creati microcircuiti optoelettronici per vari scopi.
Fig.8. Schema e implementazione tecnologica dell'accoppiatore ottico:
1 - sorgente luminosa; 2 - mezzo di immersione; 3 - fotorilevatore.
LETTERATURA
Petrov K.S. Materiali radio, componenti radio ed elettronica: Esercitazione per le università. - San Pietroburgo: Pietro, 2003. - 512 p.
Opadchy Yu.F. ecc. Elettronica analogica e digitale: Libro di testo per le università / Yu.F. Opadchy, O.P. Gludkin, AI Gurov; Sotto. ed. OPERAZIONE. Gludkin. M.: Hot Line - Telecom, 2002. - 768 p.
Akimov N.N. ecc. Resistori, condensatori, trasformatori, induttanze, dispositivi di commutazione per REA: A Handbook / N.N. Akimov, E.P. Vashchukov, VA Prokhorenko, Yu.P. Khodorenok. Minsk: Bielorussia, 2005. - 591 pag.
...Documenti simili
Il lavoro dei dispositivi optoelettronici si basa su processi elettrone-fotoni di ricezione, trasmissione e memorizzazione di informazioni. Uno dei dispositivi optoelettronici è un fotoaccoppiatore, il cui principio è convertire un segnale elettrico in uno ottico.
abstract, aggiunto il 01/07/2009
La scelta di un diodo che funzioni data funzione, la sua marcatura e caratteristiche, circuito di commutazione e principio di funzionamento. Schema di cambio transistor ad effetto di campo con una sorgente comune in modalità dinamica. Vantaggi e svantaggi di alcuni dispositivi optoelettronici.
lavoro di controllo, aggiunto l'11/11/2010
Direzioni e compiti dell'attività delle tecnologie optoelettroniche. Caratteristiche e finalità dell'utilizzo dei dispositivi optoelettronici. Apparecchiature per misure tecniche e comunicazione in fibra ottica. Laser-ottico Sistemi di informazione per applicazioni speciali.
tesina, aggiunta il 16/10/2013
Lo stato del problema di riconoscimento vocale automatico. Una panoramica dei lettori di segnali audio. Architettura del sistema di controllo delle periferiche. Schema di controllo dei dispositivi elettrici. schema elettrico accendere i dispositivi elettrici.
tesi, aggiunta il 18/10/2011
Fondamenti fisici e tecnici dell'optoelettronica, il suo scopo funzionale. Il principio del dispositivo di un transistor planare. Il funzionamento di ricevitori a semiconduttore utilizzando l'effetto fotoelettrico. Parametri dei fototransistor, loro tipi, design, parametri.
tesina, aggiunta il 18/12/2009
Lo scopo del canale di comunicazione è di trasmettere segnali tra dispositivi remoti. Modi per proteggere le informazioni trasmesse. Risposta in frequenza normalizzata del canale. Dispositivi tecnici amplificatori di segnali elettrici e codifica.
test, aggiunto il 04/05/2017
L'idea di creare e utilizzare fotoaccoppiatori. Fondamenti fisici della tecnologia dei fotoaccoppiatori. Misure optoelettroniche sistemi multicanale. Preparazione dei substrati da cristalli singoli Bi12GeO20 e preparazione della superficie del substrato per l'epitassia. Struttura del germanato di bismuto.
tesi, aggiunta il 25/10/2012
Dispositivo, principio di funzionamento e modalità di funzionamento transistor bipolare; classificazione, circuiti di commutazione, caratteristiche corrente-tensione. Calcolo di circuiti elettrici con dispositivi a semiconduttore. Determinazione del punto operativo, della tecnologia di produzione, dell'applicazione.
presentazione, aggiunta il 14/11/2014
Il concetto di dispositivi di commutazione, classificazione, parametri e caratteristiche, sistema simboli, disegni e materiali, analoghi stranieri. Il principio di funzionamento degli impianti esecutivi e le tipologie di energia utilizzate per il controllo dei dispositivi.
abstract, aggiunto il 13/03/2011
Canali di perdita informazioni vocali. Metodi per la formazione e la trasformazione dei segnali. Caratteristiche di un radiomicrofono con modulazione di ampiezza. Segni e classificazione dei dispositivi embedded. L'essenza e il principio di funzionamento della modulazione di ampiezza di una portante armonica.
Ministero dell'Istruzione della Repubblica di Bielorussia
Istituto d'Istruzione
“Università statale bielorussa
informatica e radioelettronica”
Dipartimento di SVE
"Fondamenti di optoelettronica. Classificazione dei dispositivi optoelettronici"
MINSK, 2008
L'optoelettronica è un'importante area indipendente dell'elettronica funzionale e della microelettronica. Un dispositivo optoelettronico è un dispositivo in cui, durante l'elaborazione delle informazioni, i segnali elettrici vengono convertiti in segnali ottici e viceversa.
Una caratteristica essenziale dei dispositivi optoelettronici è che gli elementi in essi contenuti sono accoppiati otticamente, ma elettricamente isolati l'uno dall'altro.
In questo modo è facile abbinare circuiti ad alta e bassa tensione, così come ad alta e bassa frequenza. Inoltre, altri vantaggi sono inerenti ai dispositivi optoelettronici: la possibilità di modulazione spaziale dei fasci di luce, che, in combinazione con i cambiamenti nel tempo, dà tre gradi di libertà (due nei circuiti puramente elettronici); la possibilità di diramazioni e intersezioni significative di fasci luminosi in assenza di collegamento galvanico tra i canali; grande carico funzionale dei fasci di luce dovuto alla possibilità di modificare molti dei loro parametri (ampiezza, direzione, frequenza, fase, polarizzazione).
L'optoelettronica copre due aree principali indipendenti: ottica ed elettronica-ottica. La direzione ottica si basa sugli effetti dell'interazione di un corpo solido con la radiazione elettromagnetica. Si basa su olografia, fotochimica, elettro-ottica e altri fenomeni. La direzione ottica è talvolta chiamata direzione laser.
La direzione elettro-ottica utilizza il principio della conversione fotoelettrica, attuata in un corpo solido attraverso un effetto fotoelettrico interno, da un lato, e l'elettroluminescenza, dall'altro. Questa direzione si basa sulla sostituzione dei collegamenti galvanici e magnetici nei circuiti elettronici tradizionali con quelli ottici. Ciò consente di aumentare la densità delle informazioni nel canale di comunicazione, la sua velocità, l'immunità al rumore.
Fig. 1. Fotoaccoppiatore con accoppiamenti fotonici interni (a) ed esterni (b): 1, 6 – sorgenti luminose; 2 - guida di luce; 3, 4 - ricevitori di luce; 5 - amplificatore.
L'elemento principale dell'optoelettronica è l'accoppiatore ottico. Esistono fotoaccoppiatori con accoppiamento fotonico interno (Fig. 1, a) ed esterno (Fig. 1, b). Il fotoaccoppiatore più semplice è una rete a quattro terminali (Fig. 1, a), costituita da tre elementi: un fotoemettitore 1, una guida di luce 2 e un ricevitore di luce 3, racchiusi in un alloggiamento sigillato a tenuta di luce. Quando un segnale elettrico viene applicato all'ingresso sotto forma di un impulso o di una caduta nella corrente di ingresso, viene eccitato un fotoemettitore. Il flusso luminoso attraverso la guida di luce entra nel fotorilevatore, all'uscita del quale si forma un impulso elettrico o una caduta della corrente di uscita. Questo tipo di fotoaccoppiatore è un amplificatore di segnali elettrici, in cui l'accoppiamento interno è fotonico e quelli esterni sono elettrici.
Un altro tipo di fotoaccoppiatore - con accoppiamento interno elettrico e accoppiamenti esterni fotonici (Fig. 1, b) - è un amplificatore di segnali luminosi, nonché un convertitore di segnali di una frequenza in segnali di un'altra frequenza, ad esempio segnali di radiazione infrarossa in segnali dello spettro visibile. Il ricevitore di luce 4 converte il segnale luminoso in ingresso in elettrico. Quest'ultimo è amplificato dall'amplificatore 5 ed eccita la sorgente luminosa 6.
Attualmente è stato sviluppato un gran numero di dispositivi optoelettronici per vari scopi. Nella microelettronica, di norma, vengono utilizzati solo quegli elementi funzionali optoelettronici per i quali esiste la possibilità di integrazione, nonché la compatibilità della loro tecnologia di fabbricazione con la tecnologia di fabbricazione dei corrispondenti circuiti integrati.
Fotoemettitori. Le sorgenti luminose nell'optoelettronica sono soggette a requisiti quali miniaturizzazione, basso consumo energetico, alta efficienza e affidabilità, lunga durata, producibilità. Devono avere un'alta velocità, consentire la possibilità di produzione sotto forma di dispositivi integrati.
Le sorgenti elettroluminescenti più utilizzate sono i LED a iniezione, in cui l'emissione di luce è determinata dal meccanismo di ricombinazione interbanda di elettroni e lacune. Se una corrente di iniezione sufficientemente grande viene fatta passare attraverso la giunzione p-n (nella direzione in avanti), parte degli elettroni dalla banda di valenza andrà alla banda di conduzione (Fig. 2). Nella parte superiore della banda di valenza si formano stati liberi (buchi) e nella parte inferiore della banda di conduzione si forma il riempimento dello stato (elettroni di conduzione).
Una tale popolazione inversa non è in equilibrio e porta all'emissione caotica di fotoni durante le transizioni di elettroni inversi. Il bagliore incoerente che sorge in questo caso nella giunzione pn è l'elettroluminescenza.
Fig.2. Per spiegare il principio di funzionamento del LED di iniezione.
Un fotone emesso durante una transizione luminescente dalla parte piena della banda di conduzione alla parte libera della banda di valenza provoca l'emissione indotta di un fotone identico, facendo saltare un altro elettrone nella banda di valenza. Tuttavia, un fotone della stessa energia (da ∆E=E2-E1 a ∆E=2δE) non può essere assorbito, poiché lo stato inferiore è libero (non ci sono elettroni in esso) e lo stato superiore è già pieno. Ciò significa che la giunzione p-n è trasparente per i fotoni di questa energia, cioè per la frequenza corrispondente. Al contrario, fotoni con energie maggiori di ∆E+2δE possono essere assorbiti, trasferendo elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Allo stesso tempo, per tali energie, l'emissione indotta di fotoni è impossibile, poiché lo stato iniziale superiore non è riempito, mentre lo stato inferiore è riempito. Pertanto, l'emissione stimolata è possibile in un intervallo ristretto attorno alla frequenza corrispondente all'energia del gap di banda ∆Е con l'ampiezza spettrale δE.
I migliori materiali per i LED sono arseniuro di gallio, fosfuro di gallio, fosfuro di silicio, carburo di silicio, ecc. I LED hanno un'alta velocità (circa 0,5 μs), ma consumano corrente elevata (circa 30 A/cm2). Recentemente sono stati sviluppati LED a base di arseniuro di gallio - alluminio, la cui potenza varia da frazioni a diversi milliwatt con una corrente continua di decine di milliampere.K. p.d. dei LED non supera 1 - 3%.
Sorgenti di luce promettenti sono i laser a iniezione, che consentono di concentrare energie elevate in una regione spettrale ristretta ad alta efficienza e velocità (decine di picosecondi). Questi laser possono essere realizzati sotto forma di matrici su un unico chip di base utilizzando la stessa tecnologia dei circuiti integrati. Lo svantaggio dei semplici laser a iniezione è che hanno prestazioni accettabili solo quando viene utilizzato il raffreddamento a temperature molto basse. A temperatura normale, un laser all'arseniuro di gallio ha una bassa potenza media, bassa efficienza (circa 1%), bassa stabilità e durata. Un ulteriore miglioramento del laser ad iniezione mediante la creazione di una giunzione di una struttura complessa mediante eterogiunzioni (eterogiunzione - confine tra strati con gli stessi tipi di conducibilità elettrica, ma con differenti band gap) ha permesso di ottenere una sorgente luminosa di piccole dimensioni operante a temperatura normale con un'efficienza del 10 - 20 % e caratteristiche accettabili.
Fotorilevatori. Per convertire i segnali luminosi in segnali elettrici, vengono utilizzati fotodiodi, fototransistor, fotoresistenze, fototiristori e altri dispositivi.
Il fotodiodo è una giunzione p-n polarizzata inversa, la cui corrente di saturazione inversa è determinata dal numero di portatori di carica generati in esso dall'azione della luce incidente (Fig. 3). I parametri di un fotodiodo sono espressi in termini di valori della corrente che scorre nel suo circuito. La sensibilità del fotodiodo, comunemente chiamato integrale, è definita come il rapporto tra la fotocorrente e il flusso luminoso che lo ha causato Фυ. La soglia di sensibilità dei fotodiodi è stimata dai valori noti della sensibilità integrale (corrente) e della corrente oscura Id, cioè corrente che scorre nel circuito in assenza di irraggiamento dello strato sensibile.
I materiali principali per i fotodiodi sono germanio e silicio. I fotodiodi al silicio sono generalmente sensibili in una regione spettrale ristretta (da λ = 0,6 - 0,8 µm a λ = 1,1 µm) con un massimo a λ = 0,85 µm e i fotodiodi al germanio hanno limiti di sensibilità λ = 0,4 - 1,8 µm con un massimo a λ ≈ 1,5 µm. Nella modalità fotodiodo ad una tensione di alimentazione di 20 V, la corrente di buio dei fotodiodi al silicio solitamente non supera i 3 μA, mentre quella del germanio; fotodiodi con una tensione di alimentazione di 10 V, raggiunge 15-20 μA.
Fig.3. Schema e caratteristiche corrente-tensione del fotodiodo.
Fig.4. Schema e caratteristiche corrente-tensione del fototransistor.
I fototransistor sono ricevitori di energia radiante con due o più giunzioni pn, che hanno la proprietà di amplificare la fotocorrente quando lo strato sensibile viene irradiato. Un fototransistor combina le proprietà di un fotodiodo e le proprietà di amplificazione di un transistor (Fig. 4). La presenza contemporanea di ingressi ottici ed elettrici nel fototransistor consente di creare la polarizzazione necessaria per il funzionamento nella sezione lineare della caratteristica energetica, nonché di compensare le influenze esterne. Per rilevare piccoli segnali è necessario amplificare la tensione prelevata dal fototransistor. In questo caso, aumentare la resistenza CA di uscita con una corrente di oscurità minima nel circuito del collettore, creando una polarizzazione positiva alla base.
Guide di luce. Tra la sorgente e il ricevitore di luce nell'accoppiatore ottico c'è una guida di luce. Per ridurre le perdite di riflessione dall'interfaccia tra il LED e il mezzo conduttivo (fibra ottica), quest'ultimo deve avere un elevato indice di rifrazione. Tali mezzi sono chiamati immersione. Il materiale da immersione deve inoltre avere una buona adesione ai materiali sorgente e ricevitore, fornire sufficiente adattamento in termini di coefficienti di dilatazione, essere trasparente nell'area di lavoro, ecc. I più promettenti sono i vetri al piombo con un indice di rifrazione di 1,8-1,9 e i vetri al selenio con un indice di rifrazione di 2,4-2,6. La Figura 5 mostra una sezione trasversale di un fotoaccoppiatore a stato solido con una guida di luce a immersione.
Sottili filamenti di vetro o plastica trasparente sono usati come guide di luce nell'optoelettronica. Questa direzione è chiamata fibra ottica. Le fibre sono ricoperte con materiali fotoisolanti e collegate in cavi luminosi multipolari. Svolgono la stessa funzione in relazione alla luce dei fili metallici in relazione alla corrente. Con l'ausilio della fibra ottica è possibile: effettuare la trasmissione elemento per elemento di un'immagine con una risoluzione determinata dal diametro della fibra ottica (circa 1 micron); produrre trasformazioni spaziali dell'immagine dovute alla possibilità di piegare e torcere le fibre della guida di luce; trasmettere immagini su lunghe distanze, ecc. La figura 6 mostra una guida di luce sotto forma di un cavo di fibre conduttrici di luce.
ottica integrata. Una delle aree promettenti della microelettronica funzionale è l'ottica integrata, che garantisce la creazione di sistemi super efficienti per la trasmissione e l'elaborazione di informazioni ottiche. L'area di ricerca nell'ottica integrata comprende la propagazione, la conversione e l'amplificazione della radiazione elettromagnetica nel campo ottico in guide d'onda dielettriche a film sottile e fibre ottiche. L'elemento principale dell'ottica integrata è una guida a microonde ottica sfusa o di superficie. La più semplice guida a microonde ottica volumetrica simmetrica è una regione localizzata in una o due dimensioni spaziali con un indice di rifrazione maggiore di quello del mezzo ottico circostante. Una tale regione otticamente più densa è qualcos'altro che un canale o uno strato portante di una guida d'onda dielettrica.
Fig.5. Sezione di un fotoaccoppiatore allo stato solido con guida di luce ad immersione: 1 – diffusione planare; 2 - vetro al selenio; 3 – contatti ohmici; 4 - mesastruttura di diffusione; 5 – sorgente luminosa; 6 - ricevitore di luce.
Fig.6. Guida di luce sotto forma di un cavo di fibre conduttrici di luce: 1 - sorgente luminosa; 2 - ricevitore di luce; 3 - cavo luce.
Un esempio di guida d'onda dielettrica di superficie asimmetrica è una pellicola sottile di un dielettrico o semiconduttore otticamente trasparente con un indice di rifrazione maggiore di quello del substrato otticamente trasparente. Il grado di localizzazione del campo elettromagnetico, nonché il rapporto tra i flussi di energia trasferiti lungo lo strato portante e il substrato, sono determinati dalla dimensione trasversale effettiva dello strato portante e dalla differenza tra gli indici di rifrazione dello strato portante e il substrato ad una data frequenza di radiazione. Una guida relativamente semplice e più adatta per dispositivi ottici a stato solido è una guida a microonde a striscia ottica, realizzata sotto forma di un sottile film dielettrico (Fig. 7), depositata su un substrato mediante metodi microelettronici (ad esempio mediante deposizione sotto vuoto). Utilizzando una maschera, interi circuiti ottici possono essere applicati a un substrato dielettrico con un elevato grado di precisione. L'uso della litografia a fascio di elettroni ha assicurato il successo nella realizzazione sia di guide d'onda a striscia singola e otticamente accoppiate su una certa lunghezza, sia successivamente di guide d'onda divergenti, essenziali per la realizzazione di accoppiatori direzionali e filtri selettivi in frequenza nei sistemi ottici integrati .
Fig. 7. Guida a microonde a banda ottica a sezione rettangolare: 1 – substrato; 2 - film dielettrico.
Microcircuiti optoelettronici. Un gran numero di microcircuiti è stato sviluppato sulla base dell'optoelettronica. Considera alcuni microcircuiti optoelettronici prodotti dall'industria nazionale. Nella microelettronica, i microcircuiti optoelettronici di isolamento galvanico sono i più utilizzati. Questi includono interruttori ad alta velocità, interruttori di segnale analogico, interruttori e dispositivi optoelettronici analogici progettati per l'uso in sistemi di elaborazione funzionale del segnale analogico.
L'elemento principale di qualsiasi microcircuito optoelettronico è un fotoaccoppiatore (Fig. 8, a, b), costituito da una sorgente luminosa 1 controllata da un segnale di ingresso, un mezzo di immersione 2 accoppiato otticamente alla sorgente luminosa e un fotorilevatore 3. I parametri dell'accoppiatore ottico sono la corrente di resistenza di disaccoppiamento costante, il rapporto di trasferimento della corrente (rapporto tra la fotocorrente del ricevitore e la corrente dell'emettitore), il tempo di commutazione e la capacità attraverso.
Sulla base di coppie optoelettroniche vengono creati microcircuiti optoelettronici per vari scopi.
Fig.8. Schema e implementazione tecnologica dell'accoppiatore ottico:
1 - sorgente luminosa; 2 - mezzo di immersione; 3 - fotorilevatore.
LETTERATURA
1. Petrov K.S. Materiali radiofonici, componenti radio ed elettronica: libro di testo per le università. - San Pietroburgo: Pietro, 2003. - 512 p.
2. Opadchy Yu.F. ecc. Elettronica analogica e digitale: Libro di testo per le università / Yu.F. Opadchy, O.P. Gludkin, AI Gurov; Sotto. ed. OPERAZIONE. Gludkin. M.: Hot Line - Telecom, 2002. - 768 p.
3. Akimov N.N. ecc. Resistori, condensatori, trasformatori, induttanze, dispositivi di commutazione per REA: A Handbook / N.N. Akimov, E.P. Vashchukov, VA Prokhorenko, Yu.P. Khodorenok. Minsk: Bielorussia, 2005. - 591 pag.
Pagina 1
I dispositivi optoelettronici sono l'elemento base dell'optoelettronica, un'area relativamente nuova e promettente della tecnologia elettronica. L'optoelettronica utilizza i fenomeni ottici ed elettronici nelle sostanze, le loro connessioni reciproche, le trasformazioni per la trasmissione, l'elaborazione e l'archiviazione delle informazioni.
I dispositivi optoelettronici possono funzionare DC, e le loro frequenze estremamente alte (107 - 108 Hz) sono completamente determinate dalla velocità dell'emettitore e del fotorilevatore.
Un dispositivo optoelettronico è un dispositivo sensibile alla radiazione elettromagnetica nelle regioni dello spettro visibile, infrarossa o ultravioletta o un dispositivo che emette e converte radiazioni incoerenti o coerenti in queste regioni spettrali.
I dispositivi optoelettronici, che sono un'unica struttura costituita da un emettitore di luce e un fotorilevatore, otticamente interconnessi, sono chiamati fotoaccoppiatori.
I dispositivi optoelettronici costituiscono un gruppo speciale di dispositivi a semiconduttore; sono costituiti da un emettitore e (o) un ricevitore di radiazione elettromagnetica nella gamma di frequenze ottiche. L'emettitore è solitamente un elemento che converte l'energia elettrica in energia di radiazione elettromagnetica e il ricevitore è un elemento fotosensibile che converte l'energia di radiazione elettromagnetica in energia elettrica.
I dispositivi optoelettronici sono dispositivi per il cui funzionamento viene utilizzata la radiazione elettromagnetica del campo ottico. La base degli elementi della moderna optoelettronica è piuttosto varia e comprende i seguenti gruppi principali di dispositivi: optoemettitori - diodi emettitori di luce e laser; ricevitori di radiazioni fotoelettriche - fotoresistenze e fotorivelatori con P - jV - nepexo - house; dispositivi di controllo delle radiazioni - modulatori, deflettori, ecc.; dispositivi per la visualizzazione di informazioni - - indicatori; dispositivi per l'isolamento elettrico - fotoaccoppiatori; canali di comunicazione ottici e dispositivi di memorizzazione ottici. I gruppi di dispositivi elencati effettuano la generazione, la trasformazione, la trasmissione e la memorizzazione delle informazioni. I vettori di informazioni nell'optoelettronica sono particelle elettricamente neutre: i fotoni, che sono insensibili all'influenza dei campi elettrici ed elettromagnetici, non interagiscono tra loro e creano una trasmissione del segnale unidirezionale, che garantisce un'elevata immunità al rumore e l'isolamento galvanico dei circuiti di ingresso e di uscita. I dispositivi optoelettronici ricevono, convertono e generano radiazioni nelle regioni dello spettro visibile, infrarosso e ultravioletto.
I dispositivi optoelettronici sono utilizzati nell'automazione per il disaccoppiamento dei circuiti elettrici.
I dispositivi optoelettronici che funzionano secondo il principio della variazione della resistenza sotto l'azione dell'energia radiante sono chiamati fotoresistenze. Agiscono sull'effetto fotoelettrico interno. Si esprime nel fatto che i quanti di energia radiante, penetrando nello strato fotosensibile del semiconduttore, conferiscono ai suoi elettroni un'energia aggiuntiva sufficiente a staccare gli elettroni dagli atomi della sostanza. Ciò porta ad un aumento degli elettroni liberi e ad una diminuzione della resistenza del semiconduttore. Ad esempio, quando il solfuro di cadmio è illuminato, il numero di fotoelettroni può essere diecimila volte superiore al numero di elettroni liberi nello stato oscurato dello strato fotosensibile.
