.

Общие сведения о компонентах оптоэлектроники

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 настоящее время к оптоэлектронным приборам 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 (светодиоды и лазеры) и фотоприемники (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры), а также оптроны.
Оптронами называют приборы, в которых имеются и источники, и приемники излучения, конструктивно объединенные и помещенные в один корпус. Широко используются оптроны, в которых применяются пары
  •  светодиод – фотодиод,
  • светодиод – фототранзитор,
  • светодиод – фототиристор.
Устройства оптоэлектроники имеют ряд достоинств. В них обеспечивается практически полная гальваническая развязка 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. На оптические цепи не влияют всевозможные помехи, вызванные электрическими и магнитными полями.
 Симисторный регулятор мощности с широким диапазоном регулировки и встроенным подавлением помех

В устройствах оптоэлектроники передача информации от источника оптического излучения к приемнику осуществляется через светопроводящую среду (воздух, вакуум) или специальные световоды (оптические волокна или планарные волноводы), выполняющие роль проводника оптического излучения. По существу, световоды в световодных системах являются эквивалентами электрических проводов в электронных системах. Световодные линии передачи информации характеризуются большой пропускной способностью, т.е. возможностью совмещать в одном световоде большое количество каналов связи при очень высокой скорости передачи информации, достигающей десятков гигабит в секунду. Несколько каналов информации можно объединить в одном световоде, так как оптическое излучение легко разделяется по длинам волн.  Световодные линии являются эквивалентами электрических проводников и характеризуются большой пропускной способностью, возможностью совмещать в одном световоде большое число каналов связи при очень высокой скорости передачи информации, достигающей гигабит в секунду. Оптическое излучение легко разделяется по длинам волн, поэтому в одном световоде можно объединять несколько каналов информации. Отсутствие электрического тока в световодах обеспечивает их высокую пожаро- и взрывобезопасность. Эти свойства важны при прокладке линий связи и установке устройств автоматики в помещениях с повышенной опасностью. Оптоэлектронные устройства могут быть изготовлены по интегральной технологии. Оптические интегральные схемы обладают широкой полосой пропускания, невосприимчивостью к вибрации, повышенной надежностью, экономичностью при серийном производстве, малыми размерами и массой.

Излучающие приборы преобразуют электрическую энергию в энергию оптического излучения с определенной длиной волны или в узком диапазоне длин волн. В основе работы управляемых источников оптического излучения лежит одно из следующих физических явлений: температурное свечение, газоразрядное излучение, электролюминесценция; индуцированное излучение. Источники излучения бывают когерентными и некогерентными. Лампы накаливания, газоразрядные лампы, электролюминесцентные элементы, инжекционные светодиоды являются некогерентными источниками излучения. Когерентными источниками излучения являются лазеры. Принцип действия полупроводниковых излучающих приборов основан на явлении электролюминесценции. Электролюминесценцией называют явление излучения света телами под действием электрического поля. Электролюминесценция является частным случаем люминесценции. Под люминесценцией понимают электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Люминесцировать могут твердые, жидкие и газообразные тела. В оптоэлектронных полупроводниковых приборах используется люминесценция кристаллических примесных полупроводников с широкой запрещенной зоной. Для работы в диапазоне видимого излучения (0,38…0,78 мкм) используются полупроводники с шириной запрещенной зоны 1,5…3,0 эВ. Это исключает применение германия и кремния, технология которых хорошо отработана, а используются материалы типа АIIIВV (арсенид галлия GaAs, фосфид галлия GaP, нитрид галлия GaN, карбид кремния SiC), трехкомпонентный твердый раствор фосфида и арсенида галлия GaAs1-xPx, где 0 £ x < 1 и другие многокомпонентные полупроводниковые соединения. В полупроводниках генерация оптического излучения обеспечивается инжекционной электролюминесценцией. Генерация оптического излучения в p–n переходе объединяет два процесса: инжекцию носителей и электролюминесценцию.

Одним из наиболее распространенных источников света является светодиод – полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, преобразующий электрическую энергию в энергию обычного некогерентного светового излучения. Это происходит при смещении p–n перехода в прямом направлении.