
- •Фотоэлектронные приборы
- •16.1. Общие сведения.
- •16.1. Светоизлучающий диод.
- •16.2. Лазеры. (light amplification by stimulated emission of radiation, означающих "усиление света с помощью вынужденного излучения)".
- •17.1. Приемники излучения.
- •17.2. Оптопара (оптрон).
- •17.3 Некоторые применения оптоэлектроники
- •17.3.1. Оптическая линия связи.
- •17.3.2. Оптический локатор.
- •17.3.3. Светодальномер.
- •Тиристоры
- •18.1. Общие сведения.
- •18.2 Устройство и основные виды тиристоров
- •18.2.1 Вольтамперная характеристика тиристора
- •18.2.2 Двухтранзисторная модель
- •18.2.3 Классификация тиристоров
- •Шумы полупроводниковых приборов
- •19.2 Надёжность электронных устройств
- •Приборы с зарядовой связью (пзс)
Курс лекций Техническая электроника
Лекция 16
Фотоэлектронные приборы
16.1. Общие сведения.
Оптоэлектроника – это синтез оптики и электроники. Она занимается вопросами совместного использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации. Оптоэлектронные приборы используют при своей работе электромагнитное излучение оптического диапазона в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Освоенной областью считается диапазон длин волн излучения от 0,2 до 50 мкм., что представляет собой небольшую часть спектра
Рисунок
16.1 - Диаграмма электромагнитного спектра
излучений, как видно из рисунка 16.1
Физическую основу оптоэлектроники составляют процессы преобразования оптических сигналов в электрические и, наоборот, – электрических в оптические. Оптоэлектроника изучает также процессы распространения излучения в различных средах и взаимодействие излучения с веществом. К основным разделам оптоэлектроники относятся квантовая электроника, полупроводниковая оптоэлектроника, голография, нелинейная оптика и др.
Элементная база оптоэлектроники включает в себя:
Оптоизлучатели – преобразователи электрической энергии в световую,
Фотоприемники – преобразователи световой энергии в электрическую,
Приборы для электрической изоляции при передаче энергии и информации по световому каналу или оптопары,
Световоды.
16.1. Светоизлучающий диод.
Полупроводниковым излучателем света является светоизлучающий диод. Известно, что при возвращении электрона из зоны проводимости в валентную зону, либо на уровень излучательного центра, созданного в решетке определённым атомом примеси, может излучается либо квант энергии, либо энергия может передаваться атомной решётке безизлучательным образом, что иллюстрирует рисунок 16.2
Рисунок
16.2 - Процессы излучательной и
безилучательной рекомбинации
Таким образом происходит рекомбинация носителей в полупроводнике. Наиболее интенсивно рекомбинация происходит вблизи p-n-перехода, когда основные носители преодолевают потенциальный барьер. У разных полупроводников превалируют различные механизмы рекомбинации. Например, кремний характеризуется безизлучательной рекомбинацией.
Для создания светоизлучающих диодов используют сложные полупроводниковые материалы, у которых квант энергии излучается в оптическом (или инфракрасном ) диапазоне, например, фосфид галлия, арсенид галлия или карбид кремния, а также тройные соединения, например GaAlAs, GaAlP и др. В зависимости от материала и технологии изготовления получают красный, оранжевый, зеленый и даже синий цвета свечения. Это светодиоды видимого диапазона. Чувствительность глаза человека максимальны для длины волны =555нм (глаз воспринимает этот свет - зелёный наиболее ярко) и спадает до нуля при длинах волн от 390 до 770 нм, что демонстрирует рисунок 16.3.
Рисунок
16.3 - Функция относительной видности
глаза, определенной Международной
комиссией по освещению (МКО) для
стандартного фотометрического
наблюдателя. Обозначены основные
цветовые зоны видимого излучения.
Также выпускаются и диоды с инфракрасным свечением. Светодиоды могут иметь размеры от нескольких миллиметров до долей миллиметров. Потребляемый ими ток составляет десятки миллиампер при напряжении 2…3 В.
Излучение происходит при пропускании через прибор тока в прямом направлении. В этом случае в зоне проводимости накапливается большое количество носителей, которые рекомбинируя по механизму зона-зона или зона-активный центр излучают фотон. Конструкция прибора обеспечивает передачу света от p-n-перехода без значительных потерь в толще полупроводника и наружу.
ВАХ излучающих диодов аналогична характеристикам обычных выпрямительных кремниевых и германиевых диодов.
Светоизлучающие диоды выпускаются в виде отдельных элементов или групп (матриц) для индикации информации в виде букв, цифр и различных символов. Они входят также в состав оптопар. Обозначение светоизлучающего диода на схемах приведено на рис. 16.4.
Рисунок
16.4 - Схемное обозначение светоизлучающего
диода