
- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1 особенности оптоэлектроники и области ее применения
- •1.1. Зарождение и развитие оптоэлектроники
- •1.2. Достоинства оптоэлектроники
- •1.3. Области применения оптоэлектроники
- •1.4. Оптоэлектронные приборы и их классификация
- •Контрольные вопросы
- •Физические эффекты, лежащие в основе работы оптоэлектронных приборов (часть 1)
- •2.1. Поглощение и рассеяние света
- •2.2. Рекомбинация и излучение света. Вынужденное излучение
- •2.3. Показатель преломления и диэлектрическая проницаемость
- •2.4. Показатель преломления и двойное лучепреломление в диэлектрике
- •2.5. Коэффициент отражения
- •2.6. Полное внутреннее отражение
- •2.7. Фотопроводимость и фотогальванический эффект (внутренний и внешний фотоэффект)
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 3 физические эффекты, лежащие в основе работы оптоэлектронных приборов (часть 2)
- •3.1. Электрооптические эффекты
- •3.2. Нелинейные оптические эффекты
- •Генерация второй гармоники
- •3.4. Акустооптический эффект
- •3.5. Другие эффекты
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 4 компоненты оптоэлектронных приборов (часть 1)
- •4.1. Основные элементы оптоэлектронного прибора
- •4.2. Источники излучения
- •4.3. Тепловые источники
- •4.4. Светодиоды (электролюминесцентные источники)
- •Светодиоды с антистоксовыми люминофорами
- •4.4. Источники света с электролюминофорами (электролюминесцентные ячейки, конденсаторы)
- •4.5. Лазеры (оптические квантовые генераторы)
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 5 компоненты оптоэлектронных приборов (часть 2)
- •5.1. Приемники излучения
- •5.2. Тепловые приемники
- •Термоэлемент
- •Болометр
- •Пироэлектрический приемник
- •Оптико-акустические приемники
- •5.3. Фотоэлектрические приемники
- •Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия)
- •Внутренний фотоэффект
- •Фоторезисторы
- •Фотогальванические элементы
- •Фотовольтаический режим
- •Фотодиодный режим
- •Лавинный фотодиод (лфд)
- •Фотодиоды с поверхностными барьерами
- •Гетерофотодиод
- •Биполярные фототранзисторы, фототиристоры
- •Многоэлементные фотоприемники (матрицы фотоприемников).
- •Лекция 6 компоненты оптоэлектронных приборов (часть 3)
- •6.1. Оптроны
- •Устройство и основные параметры оптронов
- •Резисторные оптопары
- •Диодные оптопары
- •Транзисторные и тиристорные оптопары
- •Применение оптронов
- •6.2. Оптические системы оптоэлектронных приборов
- •Объективы
- •Телескопические системы
- •Конденсор
- •Прожекторные системы
- •Линзовые и зеркальные системы для освещения входной щели в спектральных приборах
- •Оптические системы для преобразования лазерных пучков
- •Направляющие оптические системы
- •6.3. Электронные элементы
- •6.4. Средства вычислительной техники в оптоэлектронных приборах
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 7 оптоэлектронные системы с лазерами (часть 1)
- •7.1. Лазеры со сверхкороткими импульсами
- •7.2. Применение лазеров в промышленности
- •Лазерная технология в микроэлектронной промышленности
- •Лазерная закалка
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 8 оптоэлектронные системы с лазерами (часть 2)
- •8.1. Лазерные измерительные системы
- •Лазерные системы для измерения скорости потока жидкости или газа
- •Измерение угловой скорости
- •8.2. Лазерные измерительные системы для определения линейных размеров Измерение размеров изделий
- •Измерение расстояний
- •Интерферометрический метод
- •Фазовый метод
- •Импульсный метод
- •8.3. Исследование окружающей среды лазерными методами Лазерное зондирование атмосферы
- •Исследование океана
- •Определение глубины
- •Обнаружение нефтяных загрязнений
- •Обнаружение скоплений фитопланктона
- •8.4. Лазерный управляемый термоядерный синтез (лутс)
- •8.5. Лазеры в военном деле Лазерные дальномеры, высотомеры
- •Целеуказатели, локаторы, навигационные системы
- •Лазерное оружие
- •Использование химических и рентгеновских лазеров
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 9 голография и ее применение в оптоэлектронных системах (часть 1)
- •9.1. История развития голографии. Особенности голографии.
- •9.2. Запись голограммы плоской волны и восстановление изображения Запись изображения плоской волны
- •Восстановление изображения плоской волны:
- •9.3. Запись голограммы точечного объекта и восстановление изображения Запись изображения точечного объекта
- •Восстановление изображения точечного объекта
- •Особенности голограммы.
- •Цифровая голограмма
- •9.4. Схемы получения голограмм Двулучевая схема э. Лейта и ю. Упатниекса
- •Запись голограммы при двустороннем освещении предмета
- •Запись габоровой голограммы непрозрачного рассеивающего объекта
- •Запись голограммы изображений предметов
- •Запись голограммы прозрачного объекта
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 10 голография и ее применение в оптоэлектронных системах (часть 2)
- •10.1 Толстослойная голограмма
- •10.2. Применение голографии
- •Голографическая интерферометрия
- •Голографическая микроскопия.
- •Голографические оптические элементы
- •Видовые голограммы
- •Контрольные вопросы
- •Волоконно-оптические системы передачи (часть 1)
- •11.1. История развития
- •11.2. Достоинства и применение оптических линий связи
- •11.3. Построение волоконно-оптических систем передачи
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 12 волоконно-оптические системы передачи (часть 2)
- •12.1. Структура волоконного световода
- •12.2. Моды в волоконных световодах
- •12.3. Компоненты волоконно-оптических линейных трактов
- •Контрольные вопросы
- •Интегрально-оптические системы
- •13.1. Классификация и применение интегрально-оптических систем
- •13.2. Оптические волноводы
- •Планарный волновод
- •Трехмерные волноводы
- •13.3. Устройства ввода и вывода излучения из волновода
- •Поперечная связь
- •Продольная связь
- •13.4. Направленные ответвители и пассивные элементы Направленные ответвители
- •Интегрально-оптические пассивные элементы - линзы, призмы
- •Интегрально-оптические фокусирующие элементы
- •13.5. Интегрально-оптические модуляторы
- •Акустооптический модулятор
- •Электрооптический модулятор
- •Магнитооптический модулятор
- •13.6. Активные элементы интегрально-оптических систем
- •Интегрально-оптические фотоприемники
- •Интегрально-оптические источники излучения
- •13.7. Применение интегрально-оптических систем
- •Контрольные вопросы
- •Оптоэлектронные системы передачи, обработки и хранения информации (часть 1)
- •14.1. Оптический процессор
- •14.2. Транспоранты Транспаранты переменной прозрачности
- •Фотохромные материалы.
- •Халькогенидные стекла.
- •Управляемые транспаранты
- •Электрически управляемые транспаранты.
- •Оптически управляемые транспаранты.
- •Транспаранты с фазовой модуляцией (голограммы)
- •14.3. Оптическое преобразование Фурье
- •14.4. Пространственная фильтрация оптических сигналов
- •14.5. Оптические методы распознавания образов
- •Применение оптических систем распознавания образов
- •Контрольные вопросы
- •Оптоэлектронные системы передачи, обработки и хранения информации (часть 2)
- •15.1. Оптоэлектронные запоминающие устройства
- •15.2. Бинарные запоминающие устройства
- •15.3. Голографические запоминающие устройства
- •Голографические зу с последовательной записью
- •Голографическое устройство записи страницы двоичных данных
- •Зу с запоминающей голографической матрицей
- •Запись информации на голограмму в двоичном коде
- •15.4. Перспективы применения оптических методов в вычислительной технике
- •Контрольные вопросы:
- •Заключение
- •Библиографический список
Голографическая микроскопия.
Д
.
Габор предложил использовать
голографическую интерферометрию для
усовершенствования электронного
микроскопа. Он предложил двухступенчатый
метод получения микроскопического
изображения: на первой стадии регистрируется
дифракционный спектр электронного
изображения объекта; на второй – путем
освещения голограммы когерентным светом
с длиной волны λ
восстанавливается изображение. Основное
увеличение в схеме Габора определяется
отношением λ/
λэл,
где λэл
- длина волны де Бройля для электрона.
Микроскоп регистрирует как амплитуду,
так и фазу световой волны, рассеянной
объектом. Это открыло совершенно новые
возможности в исследованиях микрообъектов.
Наряду с безлинзовыми используются и линзовые голографические микроскопы, представляющие собой видоизменения классического микроскопа. Существенное преимущество линзовой голографической микроскопии по сравнению с классической - значительное увеличение поля зрения и глубины регистрируемой объемной картины.
В схеме голографического микроскопа на рис. 10.4 излучение лазера делится светоделителем СД1 на опорный (А) и предметный (В) пучки. Предметный пучок с помощью зеркала З2 и расширяющей линзы Л2 освещает прозрачный предмет П, расположенный в непосредственной близости от объектива Об. Увеличенное объективом изображение предмета служит объектом для голограммы Г, при записи которой используется опорный пучок А.
В таком микроскопе восстановленное изображение рассматривается через окуляр Ок. Перемещая окуляр вдоль оптической оси, можно исследовать голографическое изображение по глубине. Перемещение же окуляра в направлении, перпендикулярном оптической оси, позволяет расширить поле зрения.
Значительные возможности при изучении прозрачных микрообъектов открывает применение в микроскопии методов голографической интерферометрии. В голографическом микроинтерферометре волновой фронт, идущий от реального объекта, сравнивается с волновым фронтом, восстановленным с заранее полученной голограммы, либо сравниваются волновые фронты от одного и того же объекта, но пришедшие в различные моменты времени. Голографическая интерференционная микроскопия используется в настоящее время для изучения как медленно-, так и быстропротекающих процессов.
Голографические оптические элементы
Весьма интересным приложением голографии является создание оптических элементов со специальными свойствами. Благодаря тому, что графическая запись точно передает все детали предмета, голограмма, например, вогнутого зеркала сама может быть использована как зеркало. Точно так же можно создать и другие голографические фокусирующие элементы. Используя специальную схему записи, можно получить элемент, который фокусирует излучение различных длин волн в различных точках. Такой элемент представляет собой голографическую дифракционную решетку, которая отличается от обычной низким уровнем мешающего рассеянного излучения и отсутствием аберраций. Голографические решетки используются в качестве диспергирующих элементов в спектральной аппаратуре.
П
ример
использования голографии для создания
оптических элементов, множительный
голографический элемент.
Схема его получения представлена на
рис. 10.5, а.
На фотопластинке ФП
с помощью опорного точечного источника
S
записывается предмет П
в виде регулярной матрицы точек. При
воспроизведении на место точечного
источника устанавливается транспарант
с записанным символом, например буквой
А
(рис. 10.5, б).
Транспарант освещается источником S
'. Каждая точка записанного на транспаранте
символа в соответствии с условием записи
голограммы изображается матрицей точек.
В целом же голограмма восстанавливает
матрицу, состоящую из множества
изображений буквы А.
С помощью такого элемента можно мультиплексировать (размножать), например, чертеж одного из элементов многоэлементной интегральной микросхемы. Далее мультиплексированное изображение можно использовать в качестве фотошаблона при изготовлении интегральной микросхемы. Такой метод мультиплексирования гарантирует получение большого числа элементов, строго одинаковых как по форме, так и по размерам.
Голографические методы успешно применяются для компенсации искажений, возникающих при наблюдении предметов сквозь неоднородные среды. К таким средам можно отнести несовершенные оптические системы, матовые стекла, атмосферу и др. Одна из возможных схем наблюдения, основанная на обращении с помощью голограммы хода лучей (волновых фронтов), представлена на рис. 10.6.
И
злучение,
идущее от предметов П1
и П2,
проходит через оптически неоднородную
среду, например матовое стекло МС.
Предметы через такое стекло не видны и
может показаться, что в излучении,
прошедшем через матовое стекло, информация
о предметах безвозвратно утрачена.
Между тем, если с помощью опорного пучка
S
зафиксировать рассеянное матовым
стеклом излучение на голограмме Г,
то можно восстановить изображения
предметов.
Для этого экспонированная и проявленная голограмма должна быть установлена на то же место, где она находилась при записи. Далее ее надо осветить пучком S ', направление которого строго обратно направлению пучка S при записи голограммы. При таком освещении ход лучей через голограмму обращается: излучение проходит через неоднородную среду строго по обратным направлениям и приобретает фазовые сдвиги обратного знака. В результате внесенные матовым стеклом искажения компенсируются и на выходе возникают изображения предметов П1 и П2. Таким образом, в данной схеме с помощью голограммы удается в точности воспроизвести тот волновой фронт, который шел от предметов и поглощался матовым стеклом. В связи с этим данный метод называется методом обращения волновых фронтов.