Оптикалық электрониканың ерекшеліктері

Болашақта оптикалық диапазонды игерудің қажеттілігі және оған қазіргі уақытта жақсы дамыған радиофизика, радиотехника және электрониканың әдістерін енгізу мынадай принципиалды жағдайлардың қатарымен анықталады:

• Оптикалық диапазонда электромагнитті тербелістердің(тасушы жиілігі V0) жиілігі радиодиапазонға қарағанда жоғары болады. Мысалы, жарықтық тербелістердің жиілігі спектрдің (1015...1013 Гц) әлдеқайда игерілген жарық және инфрақызыл аймақтарында радиотолқындардың радио және телехабар аймақтарында жиілігін миллион есе көтереді. Бұл байланыстың оптикалық каналының жоғары информациялық сыйымдылығын анықтайды. Еске түсірсек, қарапайым телевизиялық бейнелерді жіберу үшін 5 МГц жиілік жолағы қажет етіледі. Сондықтан метрлік диапазонда ( λ = м V 0 = 300 МГц кезінде) тек шамамен ондық телевизиондық программаларды жіберуге болады. Оптикалық диапазонда қатынасы кезінде олардың саны миллион есе өседі.

• Жарықтық толқындардың ұзындығы радиотолқындардың ұзындығынан аз. Бұл кеңістікте оптикалық сәулеленудің жоғары концентрациясын алуға мүмкіндік береді. Сәулелену аз ғана шығынмен берілетін толқынжүргізгіштердің көлденең өлшемдері шамамен толқын ұзындығына тең болу керек. Сондықтан да оптикалық толқынжүргізгіштер (жарықжүргізгіштер) өзге тең шарттар кезінде АЖЖ-толқынжүргізгіштермен салыстырғанда аз өлшемдерге ие болады(бірнеше ретке), ол электронды аппаратураның микроминиатюризациясының көзқарасы бойынша маңызды болып саналады. Сонымен, оптикалық диапазонда 0,1˚ және одан да аз бұрышты сәулеленудің жіңішке бағытталу диаграммасын келтіру қиын емес. Осындай диаграмманы радиодиапазонда келтіру үшін (λ = 1 м кезінде) диаметрі бірнеше жүз метр антенна қажет болар еді. Оптикалық диапазонда мұндай антеннаның функциясын,мысалы, сфералық айна немесе желқабаз(умеренных) өлшемді линзалар орындауға бейімді; антеннаның өлшеміі толқын ұзындығына пропорционалды болу керек.

• Ақпаратты жіберу фотондар арқылы жүзеге асады. Қарапайым электрондық құрылғылардағы ақпаратты негізгі тасушылар болып саналатын электрондардан айырмашылығы, фотондар өз арасында ішкі электрлік және магниттік өрістермен әсерлеспейтін электрлі нейтралды бөлшектер болып табылады. Бұл кіріс және шығыстың идеалды гальваникалық үзілісін, ақпарат ағынының бірбағыттылығын, шудан қорғаныстың жоғарылығын, схеманың әртүрлі элементтері арасында паразитті байланыстарды шығрудың мүмкіншіліктерін анықтайды. Сондықтан да, қазіргі микроэлектроникада оптикалық әдістерді қолдану көпканалды күрделі байланыстарды және <<оптикалық монтажды>> жүзеге асыруға рұқсат бере отырып, функционалды мүмкіндіктердің кеңейгенің байқауға болады. Оптоэлектронды жүйелерде фотон ақпаратты негізгі тасушы болып табылғандықтан, онда оптоэлектрониканы электроника секілді фотоника деп атайды.

• Жазудың оптикалық әдістерін, ақпаратты сақтау және қайта өңдеуді қолдану ЭВМ-ді құру үшін жаңа мүмкіндіктер ашады. Бұл бір жағынан - ақпаратты параллельді өңдеудің жаңа принциптерін жүзеге асыруға(мысалы, голографикалық әдістер негізінде), ал басқа жағынан - оптикалық есте сақтау құрылғыларында ақпаратты жазудың жоғарылығына (108 бит/см2) қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Бүгінгі күнде, оптикалық электрониканың аталған мүмкіндіктерінің аз ғана бөлігі жүзеге асырылуда, ол мамандардың ойынша белгілі бір мөлшерде ертеңгі күннің техникасын анықтайтын болады. Бұл мүмкіндіктерді жүзеге асыру үшін, бәрінен бұрын, оптикалық сәулеленудің затпен әсерлесуінің физикалық процестерін түсіну керек, өйткені олар барлық кванттық және оптикалық электрониканың негізі болып табылады.

Кванттық электроника – когерентті электромагнитті толқындарды генерациялау, күшейту және түрлендіру үшін қолданылатын, зерттелінетін кванттық құбылыстардың ғылым және техника аймағы болып табылады.

Оптоэлектроника – ақпаратты бейнелеу, сақтау, өңдеу, қабылдау және жіберу үшін оптикалық сәулеленудің затпен әсерлесу процесін қолданатын және зерттейтін ғылым мен техника аймағы болып табылады.

Оптикалық сәулелену – оптикалық диапазонның электромагнитті сәулеленуі.

Спектрдің оптикалық диапазоны 10нм-ден 1мм аралығында орналасқан электромагнитті тербелістерді, толқын ұзындықтарын құрайды. Оптикалық диапазон ішінде көрінетін (λ = 0,38...0,78 мкм), инфрақызыл (λ = 0,78...1000 мкм) және ультракүлгін (λ = 0,01...0,38 мкм)сәулеленулер ерекшеленеді.

Жарықтық толқындар – оптикалық диапазонның электромагнитті толқындары.

Монохроматты сәулелену – жарықтық тербелістердің қандай да бір жиілігімен(бір толқын ұзындығымен) сипатталатын оптикалық сәулелену.

Квантты күшейткіш – мәжбүрлі сәулеленуді қолдануға негізделген электромагнитті толқындардың күшейткіші.

Квантты генератор - мәжбүрлі сәулеленуді қолдануға негізделген когерентті сәулелену көзі.

Лазер – оптикалық диапазонның квантты генераторы(оптикалық квантты генератор).

Мазер – радиодиапазонның электромагнитті сәулеленуінің квантты генераторы.

Мәжбүрлі сәулелену – мәжбүрлеп шығару нәтижесінде пайда болатын когерентті электромагнитті сәулелену.

Мәжбүрлеп шығару – сыртқы электромагнитті өріспен әсерлесу нәтижесінде жүйенің квантты ауысуы кезінде фотонды когерентті шығару.

Когеренттілік – уақыт және кеңістік бойынша тербелмелі немесе толқындық процесстердің келісімді өтуі. Егер, электромагнитті толқынның амплитудасы, жиілігі, фазасы, таралу бағыты және поляризациясы тұрақты немесе белгілі бір заң бойынша өзгеріп отырса, онда ол когерентті деп аталады.

1.3.