1.3. Области применения оптоэлектроники

Оптоэлектронные приборы используют в самых разнообразных областях науки и техники.

Оптоэлектронные приборы применяют:

• в промышленном производстве (обработка резанием, термическая обработка, прецизионная обработка);

• в промышленных измерениях (неразрушающий контроль, точный анализ, голографические измерения, сверхскоростные измерения);

• в других измерениях и при изучении окружающей среды (измерения загрязнений среды, определение координат, геологоразведка),

• в спектральном анализе (анализ нелинейных спектров, биологический анализ);

• в сверхскоростной спектроскопии (спектральный анализ в сверхкоротких световых импульсах);

• при производстве энергии (ядерный синтез);

• при передаче энергии (передача световой энергии);

• в медицине (хирургия – лазерный скальпель, терапия – фотокоагулятор, диагностика – определитель клеток, тифлотехника – лазерная трость);

• в фотохимии (разделение изотопов);

• при обработке информации (запись на видеодиск, лазерная печать, считывание штрихкодов, получение трехмерных изображений, оптическая вычислительная техника);

• в оптической связи (связь по оптическим волокнам, пространственная связь, космическая оптическая связь, связь компьютеров).

1.4. Оптоэлектронные приборы и их классификация

Оптоэлектронные приборы разнообразны по физическим эффектам и принципам, используемым при их работе, по выполняемым ими функциям.

Эффекты, используемые при работе оптоэлектронных приборов:

• Неэлектрические,

• Фотоэлектрический,

• Фотовольтаический,

• Нелинейные оптические,

• Магнитооптический,

• Акустооптический,

• Электрооптический,

• Вынужденное усиление и излучение света,

• Люминесценция.

Оптоэлектронные приборы по выполняемым функциям можно разделить на следующие группы:

• источники излучения (светодиоды, полупроводниковые лазеры, газовые лазеры, твердотельные лазеры, химические лазеры);

• фотоприемники (солнечные батареи, фотодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы, датчики образа, телевизионная передающая трубка, фотоэлемент, фотоумножитель, пироэлектрический прибор);

• оптические волноводы (волоконно-оптические световоды, пленочные световоды, волноводная линза);

• дисплеи (светодиодный, электролюминесцентный, фосфоресцентный, жидкокристаллический, электрохромный);

• модуляторы света и отклоняющие системы (система зеркал, электро-, акусто-, магнитооптические приборы, инжекционный излучатель);

• устройства оптической памяти (устройства на основе фотопленки, фотохромных материалов, термопластиков, аморфных полупроводников, голограммы);

• интегральные устройства (оптические ИС, оптоэлектронные ИС);

• функциональные приборы (преобразователь некогерентного образа в когерентный, оптический бистабильный элемент, оптический вентиль, оптрон).

Источники излучения обычно непосредственно преобразуют электрическую энергию в световую. Самые распространенные из них: светодиоды, полупроводниковые, газовые лазеры. У твердотельного лазера и лазера на красителях преобразование происходит двуступенчато. Энергия электронов сначала преобразуется в свет, который возбуждает когерентное излучение лазера.

Фотоприемные устройства преобразуют свет в электрический ток. Такие из них, как фотодиод, фототранзистор, лавинный фотодиод, приборы с зарядовой связью работают на основе использования контактных явлений в полупроводниках. Передающие телевизионные трубки работают на основе фотоэффекта в металлах с малой работой выхода или на основе фотопроводимости. Работа фотоэлемента и фотоэлектронного умножителя также основана на фотоэффекте. Работа пироэлектронных приборов основана на пироэлектрическом эффекте.

Для передачи оптического сигнала используют оптические волокна, пленочные волноводы и волноводные линзы. Современные волоконные световоды, обладая очень маленькими потерями, позволяют строить линии связи большой протяженности.

На базе пленочных волноводов созданы разнообразные оптоэлектронные интегральные схемы.

Дисплеи, в которых в качестве рабочего тела используются электролюминесцентный или флуоресцентный материалы, являются активными, излучающими свет приборами. Дисплеи на жидких кристаллах и электрохромных материалах – устройства пассивные. Они работают на свойствах этих материалов отражать или пропускать свет в зависимости от действия электрического поля.

Модуляторы, изменяющие какие-либо параметры излучения источника света, весьма разнообразны. Для управления направление распространения луча применяются оптические отклоняющие системы. И в тех, и в других устройствах широко используются электро-, акусто-, магнитооптические эффекты.

Разработаны элементы оптической памяти, позволяющие записывать и считывать информацию при помощи света. При этом можно использовать как необратимые, так и обратимые материалы, особенно большие возможности открывает использование голографических методов.

В следующих разделах более подробно будут рассмотрены физические эффекты, лежащие в основе работы оптоэлектронных приборов, устройство, назначение и принцип работы различных оптоэлектронных приборов.