Лабораторная работа № 8 исследование характеристик оптоэлектронных приборов
1. Цель работы
Целью работы является:
исследование характеристик оптоэлектронных приборов и устройств на их основе
2. Сведения, необходимые для выполнения работы
Перед выполнением работы полезно ознакомиться со следующими вопросами:
• общие сведения об компонентах оптоэлектроники;
• характеристика оптоэлектронных приборов
Оптоэлектроника является одним из наиболее динамично развивающихся научно-технических направлений в связи с резким расширением круга областей применения и способностью решать возникающие задачи нетрадиционными методами. Ключевое место оптоэлектроники в информационных системах обусловлено тем, что более 90% информации, которую получает человек, составляет видеоинформация. В связи с широким кругом применений в системах получения информации, ее обработки, хранения, передачи и отображения, а также разнообразием используемых материалов правомочной является постановка вопроса о целой гамме оптоэлектронных технологий, включая индикаторные системы, формирователи сигналов изображения, волоконно-оптические линии передачи информации, преобразователи солнечной энергии, оптическую вычислительную технику.
Современная оптоэлектроника характеризуется большим разнообразием серийно выпускаемой продукции (рис. 1), среди которой в стоимостном выражении доминирует индикаторное направление.
Рис. 1. Структура мирового рынка производства приборов оптоэлектроники в денежном исчислении (в %):
1 — индикаторные компоненты; 2 — пассивные оптические компоненты; 3 — оптические соединители; 4 — солнечные батареи; 5 — волоконные линии; 6 — гибридные приборы; 7 — фотоприёмники; 8 — оптические волокна; 9 — прочие компоненты.
С учетом рыночной привлекательности ведущими оптоэлектронными фирмами интенсивно прорабатывается вопрос о разработке нового массового продукта, способного, в частности, заменить в персональных компьютерах мониторы на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ). Много внимания уделяется также фото- и видеотехнике, главным образом ПЗС-камерам
К таким качественно новым оптоэлектронным изделиям можно отнести оптоэлектронные компьютеры с архитектурой, подобной человеческому мозгу; стереоскопические системы, имитирующие характеристики человеческого зрения с автоматическими распознаванием движущихся объектов. В соответствии с программным документом США «Defence Science and Technology Strategy» на ближайшую перспективу планируется решение следующих ключевых проблем:
- разработка неохлаждаемых ИК-матриц фокальной плоскости для тепловизионных систем (в том числе, многоцветных ИК-матриц с радиационно-стойкими схемами считывания и обработки информации, ИК-матриц гибкой конструкции, интегрированных многоцветных «интеллектуальных» ИК-матриц
- разработка монолитных индикаторных табло и экранов большого формата с высоким разрешением, а также стереоскопических индикаторных систем;
- разработка монолитных оптоэлектронных приемопередатчиков для оптических меж соединений и систем связи, в частности т.н. солитонных систем связи со скоростью передачи информации 100 Гбит/с.
В настоящее время считается, что ключевыми компонентами таких мультимедийных информационных систем XXI века должны стать:
- высокоразрешающее телевидение (в соответствии с рекомендациями МРЕG-2 оно должно обеспечивать сканирование экранов с форматом 1152х2048 элементов за такт при 30 тактах в секунду);
- сверхвысокоразрешающее телевидение (согласно рекомендациям MPEG-4 оно должно сделать возможным сканирование экранов форматом 2048х248 элементов за такт при 30 тактах в секунду);
- трехмерная компьютерная графика для систем виртуальной реальности.
С дальнейшим развитием технологии оптоэлектронных датчиков становятся реальными обработка и отображение не только видимых, но и рентгеновских, УФ- и ИК-изображений, а также ультразвуковых полей. Новые задачи, поставленные перед современной оптоэлектроникой, привели к формированию ее модернизированной концепции фотонноориентированной микроэлектроники, которая должна развиваться как комбинация фотоники и электроники, используя достижения каждого из этих направлений. В то же время на пути развития такой оптоэлектроники стоит много барьеров, так как на данный, момент еще не представляется возможным столь же эффективно управлять фотонами, как электронами.
Отличительной чертой оптоэлектроники как научно-технического направления является разнообразие используемых материалов, при этом в ближайшей перспективе сохранится тенденция дальнейшего расширения гаммы применяемых полупроводниковых структур. В рамках традиционной оптоэлектроники при создании высокоэффективных оптоэлектронных структур в основном использовались строго упорядоченные монокристаллические материалы. В то же время существенное расширение рынка оптоэлектронной продукции и увеличение объемов производства вызвали необходимость учета экономических факторов, особенно себестоимости продукции. Это, в свою очередь, заставило по-новому взглянуть на неупорядоченные полупроводники с точки зрения как специфики протекания в них физических процессов, так и разработки эффективной технологии изготовления приборов. В связи с этим повышенный интерес вызывают аморфные гидрогенизированные материалы. Одновременно с этим внимание разработчиков наряду с неорганическими материалами начинают привлекать и органические материалы, обладающие большим потенциалом с точки зрения оптоэлектронных применений.
Сегодня технология новых типов оптоэлектронных материалов (в первую очередь на основе многокомпонентных соединений А3В5 и А2В6) еще не достигла уровня, требуемого для обеспечения высокоэффективного производства приборов высокой степени интеграции. Это же относится и к разработке специального технологического, испытательного и измерительного оборудования. Таким образом, для ускоренного развития оптоэлектроники необходим сбалансированный прогресс не только ключевых, но и периферийных технологии.
Ориентированность оптоэлектроники XXI века на системы получения, обработки, передачи, хранения и отображения больших массивов информации позволяет сделать вывод о том, что магистральный путь ее развития лежит в русле интегральной оптоэлектроники, частный случай которой отражает концепция фотонноориентированной микроэлектроники