- •Введение
- •Тема1. Оптическое излучение. Принципы работы квантовых систем.
- •1.1.Основные характеристики и параметры оптического излучения
- •Основные энергетические и светотехнические параметры
- •1.2. Энергетическое состояние квантовых систем
- •1.3. Взаимодействие электромагнитного излучения с квантовыми системами
- •1.3.1 Резонансное поглощение (вынужденное поглощение)
- •1.3.2.Спонтанное излучение.
- •1.3.3.Вынужденное излучение
- •1.4.Инверсная населенность и методы ее создания.
- •1.5. Спектральные свойства активной среды
- •Естественная ширина спектральных линий.
- •1) Уширение линии из-за столкновений.
- •2) Уширение линии из-за эффекта Допплера.
- •3) Другие причины уширения спектральной линии.
- •1.6. Принцип действия лазера
- •1.7. Оптические резонаторы.
- •2.1. Условия генерации лазера.
- •2.2. Cвойства и характеристики лазерного излучения
- •2.3. Классификация лазеров
- •2.3. Твердотельные лазеры
- •2.4. Газовые лазеры
- •Гелий-неоновый (He-Ne ) (атомарный) лазер.
- •2.5. Молекулярный со2 – лазер
- •Тема 3. Полупродниковые лазеры
- •3.1. Виды излучательных переходов
- •3.2. Основные характеристики полупроводниковых излучателей.
- •3.3 Инжекционные лазеры на гомопереходах.
- •3.4 Полупроводниковые инжекционные лазеры на
- •Тема 4. Некогерентные оптические излучатели
- •4.1. Светоизлучающие полупроводниковые диоды (сид)
- •Тема 5. Оптичекие приемники излучения
- •5.1. Поглощение света в твердых телах.
- •5.2. Классификация фотоприемников, основные параметры и характеристики.
- •5.3. Фотодиоды
- •5.3.1. Фотодиоды на основе p-n – перехода
- •5.4. Фотоприемники с внутренним усилением
- •5.5. Фоторезисторы
- •Тема 6. Оптроны
- •6.1. Принцип действия оптронов, структурные схемы и свойства.
- •6.1.1. Принцип действия оптронов
- •6.1.2. Структурные схемы оптронов
- •6.1.3. Назначение и требования к элементам оптрона
- •6.1.3.1. Назначение элементов
- •6.1.3.2. Требования к элементам оптрона
- •6.2. Параметры оптронов
- •6.2.1. Входная характеристика
- •6.2.2. Передаточная характеристика
- •6.2.3. Выходная характеристика
- •6.2.4. Быстродействие оптронов
- •6.2.5. Коэффициент спектрального согласования Кλ
- •6.2.6. Параметры изоляции
- •6.2.7. Добротность оптронов
- •6.2.8. Оптические вносимые потери w
- •6.3. Классификация оптронов
- •6.3.1. Условные схемные обозначения оптронов
- •6.3.2. Основные параметры различных типов оптронов
- •6.4. Применение оптронов
- •6 .4.1. Классификация оптронов по применению
- •6.4.1.1. Цифровые оптроны
- •6.4.1.2 Аналоговые оптроны
- •6.4.1.3. Ключевые оптроны
- •6.4.1.4. Специальные оптроны
- •Литература
6.1.3.2. Требования к элементам оптрона
К оптическим излучателям предъявляются следующие основные требования.
Небольшие напряжения и токи для согласования с микроэлектронными входными устройствами.
Большой КПД и мощность излучения Ф.
Узкая диаграмма направленности излучения для уменьшения оптических потерь при вводе оптического излучения в оптический канал.
Высокая степень согласования спектральной характеристики излучателя с спектральными характеристиками ОК и ФП.
Высокое быстродействие для уменьшения искажений передаваемых по ОК оптических сигналов.
В качестве ОИ, как правило, используется инжекционный СИД. Однако по мере уменьшения энергопотребления и стоимости полупроводниковых инжекционных лазеров, применение последних может оказаться весьма перспективным в будущем для создания с протяженным ОК:
сверхбыстродействующих оптронов с быстродействием τ = 10-9…10-10 с,
мощных оптронов.
Фотоприемники, используемые в оптронах должны иметь:
высокий квантовый выход;
спектральную характеристику, перекрывающую спектральные диапазоны ОИ и ОК;
высокую чувствительность и динамический диапазон;
быстродействие τ, необходимое для электрического преобразования с минимальными искажениями оптических сигналов, передаваемых по ОК.
Наибольшее распространение в оптронах получили p-i-n фотодиоды, фототранзисторы, составные фототранзисторы и фототиристоры, изготовленные на основе кремния (Si). Фототок, поступающий с ФП, может составлять сотые - десятые доли мкА, что требует дополнительного усиления. Для осуществления преобразования "свет-электрический сигнал" и усиления фототока в оптроне используется, как уже отмечалось выше, приемные оптические модули. Они изготавливаются в виде интегральных микросхем (ИМС) на основе гибридной технологии. Такая гибридная микросхема ПРОМ состоит из размещенных на одной плате ФП и усилителя, помещенной в соответствующий корпус. Гибридные ПРОМ имеют хорошие оптические и электрические параметры. Для получения большего коэффициента усиления выходных сигналов оптрона используются также составные фототранзисторы, параметры которых приведены ниже в табл. 1.
Оптический канал представляет собой физическую среду, по которой осуществляется передача оптических сигналов. Поэтому к оптической среде предъявляются следующие требования.
Минимальные вносимые потери, при которых осуществляется прием с заданной вероятностью ошибки или отношением сигнал-помеха.
Спектральное согласование среды со спектральными характеристиками ОИ и ФП.
Высокий уровень электрической изоляции между входом и выходом оптрона для обеспечения соответствующей гальванической развязки.
6.2. Параметры оптронов
Свойства оптрона, как четырехполюсника, определяются следующими основными характеристиками:
входная характеристика,
передаточная характеристика,
выходная характеристика,
быстродействие.
Кроме того, специфически оптронными параметрами являются:
добротность Q;
коэффициент Кλ спектрального согласования или корреляции,
параметры изоляции (обратной связи);
оптические вносимые потери W при передаче сигналов по ОК.