Введение

Оптоэлектроника – область науки, которая быстро развивается на стыке электроники и оптики (как квантовой, так и волновой). Оптоэлектроника – наука о взаимодействии электромагнитного излучения с твердым телом. Это – область физики и техники, использующая эффекты взаимного преобразования электрических и оптических сигналов. Термин «оптоэлектроника» вошёл в употребление в 60-х годах пошлого столетия, когда появились приборы – оптроны, в которых для обеспечения надёжных гальванических развязок между электронными цепями используется пара «источник света – приёмник этого излучения». Были разработаны приборы с различными типами связей между излучателем и фотоприёмником. Наибольшее промышленное распространение получили оптроны с прямой оптической связью, называемые оптопарами, для них характерна практически полная гальваническая развязка входа и выхода. Поскольку оптроны в первую очередь предназначались для применения в вычислительной технике, они должны обладать компактностью, малым потреблением энергии и высоким коэффициентом полезного действия. Но по объективным причинам оптопары не заняли достойное место в вычислительной технике. Интерес к оптопарам был обусловлен, в первую очередь, повышением плотности упаковки элементов при использовании интегральной оптики. Высокая плотность упаковки достигается за счет того, что размеры отдельных элементов в устройствах интегральной оптики должны быть порядка длины волны света (в противном случае свет не будет распространяться). Но такую же плотность (и даже большую) можно получить и в чисто электронных приборах, так как длина волны электрона меньше длины волны света оптического диапазона. Огромное значение в развитии оптоэлектроники сыграло создание в 1960 г. российскими учёными А.М. Прохоровым, Н.Г. Басовым и американским учёным Ч. Таунсом лазера.

Современная оптоэлектроника – это разработка и создание нового поколения сверхминиатюрных супербыстродействующих систем обработки информации. В недрах оптоэлектроники началось развитие интегральной оптики, волоконной оптики, голографии. В 80-х годах ХХ века развиваются одни из важнейших областей науки и техники – микро – и наноэлектроника, бурное развитие которых обусловлено последними достижениями физики твёрдого тела, квантовой электроники, физической химии и технологии полупроводниковой электроники.

Очень давно первобытный человек начал пользоваться оптическими методами связи: ночью он использовал зажженные огни, днём – сигнальные дымы. Такие способы передачи информации были известны в Китае, у ассирийцев, в Египте. Римский император Нерон, будучи близоруким, применял линзы из изумруда для наблюдения боя гладиаторов. В гробницах фараонов были найдены линзы из стекла. Для изменения хода луча использовались отражающие зеркала. Древние, по сути, использовали элементы оптоэлектроники, применяя костры и зеркала для сигнализации; приемником же света служил – глаз, через который человечество получает 90% информации.

Физиологическая природа глаза позволяет иметь спектральную кривую видности в диапазоне от 420 до 720 нм (рис.1). Человек не видит ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, не видит ночью, не видит предметы, меньшие 0,1 мм, и на больших расстояниях, плохо видит в темноте и при ярком свете. Мы видим предметы в результате того, что они или сами излучают, или отражают излучение.

Чувствительность, отн. ед.

Длина волны, нм

Рис. 1. Кривая относительной спектральной чувствительности глаза.

С плошная кривая - дневное зрение, пунктирная кривая - сумеречное зрение.

В последнее десятилетие ХХ века уровень развития науки «требует» решить задачу о передаче сигнала на большие расстояния, как можно быстрее и с больший плотностью; возникает проблема миниатюризации элементов связи. Всеми этими вопросами занимается оптоэлектроника. В литературе используется также термины «фотоника» и «иконика» (последний применительно к инфракрасной области спектра).

Почему раньше не было оптоэлектроники? Во-первых, не хватало знаний по физике процессов, лежащих в основе взаимодействия света с веществом. Во-вторых, не было материалов с воспроизводимыми и необходимыми параметрами, работающих в широкой области спектра, в частности, полупроводников.

В настоящее время оптоэлектроника находит широкое применение:

• обнаружение предметов,

• зондирование атмосферы, изучение планет,

• анализ строения вещества,

• накопление энергии Солнца, солнечные батареи,

• оптическая связь - световоды,

• оптическая память – голография,

• передача информации в оптической форме,

• медицина: изучение человеческого тела,

• экология, создание различного типа датчиков для анализа среды,

• интегральная оптика (аналогия с интегральными схемами в электронике) и др.