§ 2.3. Оптоелектронні пристрої

Оптоелектронні пристрої за пpизначенням поділяються на: фотоприймачі (світлочутливі пристрої), світловипромінювальні пристрої, оптопари, знакосинтезуючі індикатори.

Фотоприймачі

В основі принципу дії напівпровідникових фотоприймачів лежить явище внутрішнього фотоефекту, при якому під дією світла в речовині з'являються додаткові електрони та дірки, що створюють фотострум або фото ЕРС. Основними параметрами фотоприймачів є: спектральний діапазон чутливості або максимум спектральної характеристики [мкм], чутливість , де світловий потік, що попадає на прилад (люмен [лм]), та постійна часу [с], що характеризує час реагування фотоприймача на зміну освітленості.

За принципом дії фотоприймачі поділяються на: фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори та фототиристори. Їх УГЗ:

фоторезистор, фотодіод, діодний сонячний фототранзистор

фототиристор, фотоелемент (без виводу бази)

Фоторезистор - монокристалічна однорідна напівпровідникова структура, що збільшує електропровідність при освітлені.

Фотодіоди конструктивно подібні до звичайних діодів. В них світлочутливим елементом є перехідна зона, розташована між зонами з різною провідністю. Фотодіоди забезпечують більш високу чутливість та швидкодію, тому в даний час є найбільш вживаними. За конструктивними особливостями фотодіоди поділяються на: з p-n переходом, з p-і-n переходом, з поверхневим бар'єром та лавинні. Фотодіоди з p-n переходом на основі кремнію використовуються в сонячних батареях. ЕРС такого фотодіоду декілька десятих вольта.

Фототранзистори - конструктивно подібні до звичайних транзисторів. Фототранзистори мають в десятки раз більш високу чутливість ніж фотодіоди, але і значно більшу постійну часу. Фотодіоди та фототранзистори використовуються для вимірювання освітленості, як приймачі сигналу, що передається по оптичних лінях зв'язку, в складі оптопар.

Фототиристори - конструктивно подібні до звичайних тиристорів але керуючий електрод відсутній. Роль імпульсу керування виконує світловий потік. В основному використовуються в складі оптопар. Існують фототиристори, що здатні комутувати струм в десятки ампер.

Багатоелементні фотоприймачі використовуються для реєстрації зображення. В них мікроскопічні фоточутливі елементи розташовані дуже близько один від одного (відстань порядку 3 мкм). Кожен з елементів накопичує заряд пропорційний освітленості. При зчитуванні інформації заряди з одного елемента переміщаються на сусідній, тому пристрої ще називають "з зарядним зв'язком". Зчитування здійснюється послідовно з кожного рядка елементів.

Світловипромінювальні пристрої

лампа люмінесцентна світлодіод

розжарювання лампа

За принципом дії світловипромінювальні пристрої поділяються на: джерела теплового випромінювання (лампи розжарювання), джерела люмінесцентного випромінювання та випромінюючі напівпровідникові діоди (світлодіоди). Їх УГЗ:

Лампи розжарювання можуть бути виготовленими дуже мініатюрними, але низький ККД і, як наслідок, значне виділення тепла та наявність вакуумного балону ускладнює їх використання.

Джерела люмінесцентного випромінювання. В них випромінювання забезпечується люмінофором при дії на нього електронів чи фотонів чи електричного поля. Широко використовуються при виготовлені інформаційних індикаторів та табло.

Напівпровідникові діоди. Діоди з p-n переходами в які введено домішки – центри випромінювання. Розрізняють видимого та інфрачервоного спектру. Випромінювання відбувається при протіканні струму у прямому напрямку. Використовуються при виготовлені інформаційних індикаторів, табло та у складі оптопар. Спеціальні діоди можуть забезпечувати когерентне випромінювання, тобто служити лазерами. Вони використовуються в пристроях запису та зчитування інформації на оптичні диски, як передавачі сигналу, що передається по оптичних лінях зв'язку.