3. Контрольні запитання

1. Розкажіть про елементи й основні напрямки розвитку інте­гральної оптики.

2. Опишіть структуру інтегрального діелектричного хвилеводу.

3. Обґрунтуйте взаємозв’язок параметрів і матеріалів інтеграль­ного хвилеводу.

4. Назвіть основні типи пасивних оптичних елементів інтеграль­ної оптики.

5. Наведіть структуру та склад активних елементів інтегральної оптики.

6. Поясніть улаштування та дію електрооптичного фазового мо­дулятора.

7. Назвіть особливості акустооптичного керуючого пристрою.

8. Опишіть дію акустооптичного пристрою на поверхневих хви-

ЛЯХ»

4. Приклади аудиторних і домашніх завдань

1. Розрахувати значення критичної товщини хвилеводу для дов­жини хвилі випромінювання 450 нм, показника заломлення хвилеводу 3,5, різниці показників заломлення хвилеводу та підкладки 0,005.

2. Розрахувати значення критичної товщини хвилеводу для дов­жини хвилі випромінювання 300 нм, показника заломлення хвилеводу 3,8, різниці показників заломлення хвилеводу та підкладки 0,001.

3. Знайти граничне значення кута падіння на поверхню хвиле­від — підкладка, якщо показник заломлення підкладки 3,5, показник заломлення хвилеводу 3,55.

6.1. Оптрони

1. Елементарний оптрон

Оптрон — прилад з подвійним перетворенням сигналу (елек­тричного або оптичного). Друга його назва — оптопара.

Для перетворення електричних і оптичних сигналів необхідно мати: джерело світла, яскравість світіння якого керується елек­тричним сигналом, і фотоприймач з імпедансом, що змінюється за­лежно від освітленості.

Нарис. 6.1 показані елементи оптрона: кероване джерело світла 1 і фотоприймач 2. Для джерела світла керуючими сигналами є на­пруга и_вх і струм і_вх, а вихідним — яскравість висвічування Б_вих. У фотоприймача вхідним сигналом є падаючий світловий потік Б_вх, а вихідним — напруга С/_ЕИХ або струм £_вих.

Сполучення цих елементів дозволяє здійснити між ними як оп­тичний, так і електричний зв’язок. Вихідний сигнал джерела світла є вхідним для фотоприймача, який, у свою чергу, може ке­рувати яскравістю світіння джерела світла.

Рис. 6.1. Елементи оптронної пари: а — кероване джерело світла; б — фотоприймач

Спектральні характеристики джерел світла й фотоприймачів повинні бути узгоджені.

Характеристики оптрона визначають параметри й можливості оптоелектронних ланцюгів у цілому. Елементарний оптрон є структурним елементом ланцюгів оптоелектроніки. Розрізняють оптрони із зовнішнім оптичним і внутрішнім електричним зв’яз­ком, із зовнішнім електричним і внутрішнім оптичним зв’язком.

На рис. 6.2 показаний елементарний оптрон із зовнішніми оптичними й внутрішнім електричними зв’язками й відповідною передатною характеристикою. Оптрон працює з постійним зовніш­нім зміщенням TJq = const, залежно від вхідної освітленості (світ­лового потоку) змінюється оп:ір фотодвополюсника Z_rp_n і вихідна яскравість висвітлювання В_вих, що приводить до зміни струму й перерозподілу напруги на елементах оптрона. Якщо яскравість світіння пропорційна протікаючому струму, то будь-якій зміні В_вх відповідатиме нове значення В_вих. При однаковому спектральному складі вхідного й вихідного випромінювань спостерігається моно­хроматичне посилення світлового потоку. Якщо В_вх і В_вих різного спектрального складу, та В_в:{ < В_впх, маємо гетерохромне поси­лення. Такі оптрони використовуються в оптоелектронних підси­лювачах та перетворювачах зображення.

У схемі на рис. 6.3 застосовується внутрішній оптичний зв’язок. Тут режим роботи відповідає умовам змінного U_vrrr або L_v В_вх = 0. Будь-яка зміна напруги або струму джерела світла викли­кає зміну яскравості його висвічування. Це впливає на опір фото­приймача й при U₀ = const змінює вихідний струм або напругу.

Рис. 8.2. Елементарний оптрон із зовнішнім оптичним і внутрішнім електричним зв’язком

Рис. 6.3. Елементарний оптрон із зовнішнім електричним і внутрішнім оптичним зв’язком

тямим

Отже, оптрон із внутрішнім прямим оптичним зв’язком можна розглядати як елемент змінного опору, значення якого визнача­ється вхідним керуючим струмом або напругою. Ці оптрони пра­цюють у пристроях перетворений електричних сигналів: посилен­ня, генерування, перемикання, формування тощо.

У схему оптрона можна ввести ланцюг зворотного зв’язку, зок­рема, оптичний.

Зворотний оптичний зв’язок не може бути реалізований без електричного зв’язку між елементами. Відповідно до цього оптро­ни на рис. 6.4, а називаються оптронами з електричним зв’язком.

При позитивному зворотному зв’язку оптрон має два входи (див. рис. 6.4, а): оптичний і електричний. Конструктивно він ви­конаний так, що частина вихідного світлового потоку попадає зно­ву на фотоприймач, увімкнутий послідовно із джерелом світла 1.

Це приводить до зменшення імпедансу -£_ФП, зростання яск­равості світіння джерела, подальшого зменшення ^_ФГ] тощо (рис. 6.4, б, лінія 0—а—2).

Цей процес носитиме наростаючий характер доти, доки зміна £_ФП не буде істотно позначатися на значенні струму або напруги, яка підводиться до джерела світла. Для цього досить виконання умови -^фпшіп « £д_Ж при І_вх = І-_{Вх тах}, -Вццх ⁼ -®вих тах'

Рис. 6.4. Оптрон зі зворотним зв’язком: а — схема; б — характеристика перехідних процесів; 0—а—2 — процес вмикання оптрона; Ъ—с— І — процес вимикання оптрона

На практиці такий режим роботи називається станом «увімк­нуте». При зниженні Г/_вх (лінія Ь—с—1) оптрон переходить у ре­жим «вимкнуте». При цьому

->0, і_вх

Характеристики цього оптрона . нагадують характеристики електромагнітного реле або тригера. Наявність двох виходів істот­но розширює області застосування оптрона й розмаїтість можли­вих схемних рішень.

В оптронах з негативним зворотним зв’язком (рис. 6.5) фото­приймач і джерело світла з’єднуються паралельно.

При такому зворотному зв’язку зміна світіння джерела X впли­ває на імпеданс двополюсника, що приводить до зменшення вели­чини

Чіх тіп

^ФІІ ^ДЖ» -®*ВИХ ®ВИХ Ш1П

Рис. 6.5. Оптрон з негативним зворотним зв’язком

■пинт

Цей оптрон може виконувати функції нелінійного опору з ре­гульованими характеристиками. Різноманіття можливих харак­теристик оптрона визначається параметрами фотопршімачів.