Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекция 16-20 пп.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.69 Mб
Скачать

116

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