Оптоэлектроника.

Оптоэлектроника – направление в науке и технике, соединившее в себе возможности оптики и электроники.

Классификация оптоэлектронных приборов.

1. Излучатели света - приборы с непосредственным преобразованием энергии электронов в световую (светодиод, полупроводниковый лазер, газовый лазер).

2. Фотоприемные приборы – устройства, преобразующие свет в электрический ток (фотодиод, фототранзистор, фоторезистор, ПЗС, вакуумные фотоэлементы).

3. Модуляторы света – устройства, которые изменяя параметры излучения источника, заставляют свет нести полезную информацию (фазовая, частотная, амплитудная модуляция). Для управления ходом светового луча применяют оптические отклоняющие системы.

На базе выше перечисленных устройств строят оптоэлектронные интегральные схемы.

Континуальной средой в оптоэлектронных приборах являются оптически прозрачные среды.

Приборы оптоэлектроники при построении систем обработки информации используют различные оптические эффекты и явления:

• электрооптический эффект – это изменение коэффициента преломления некоторых материалов под действием электрического поля.

• акустооптический эффект – явление дифракции, преломления, отражения или рассеяния света на периодических неоднородностях среды (зонах с разным показателем преломления), вызванных упругими деформациями при прохождении ультразвука.

• магнитооптический эффект – это изменение оптических свойств вещества в зависимости от силы приложенного к нему магнитного поля.

• Эффект Рамана – рассеяние монохроматического излучения в веществе, при котором в спектре рассеянного света появляются новые, характерные для данного вещества линии, отличающиеся от спектральной линии источника.

• Фотопроводимость – увеличение электропроводности полупроводника или изолятора под действием света;

• Фотоэлектродвижущая сила – фотоЭДС это разность потенциалов, возникающая в результате появления новых носителей в полупроводнике под действием света

• фотодиффузионный эффект – возникновение разности потенциалов между освещенной и неосвещенной поверхностью полупроводника.

Приборы с зарядовой связью.

ПЗС (CCD)– прибор с зарядовой связью.

В приборах ПЗС передача информации происходит за счет переноса заряда. Носителем информации служит сгусток заряда. ( в отличие от традиционной интегральной электроники, где носитель информации ток или разность потенциалов).

ПЗС изобрели в Bell Labs в 1970 г.

ПЗС представляют собой пример устройства функциональной электроники (УФН).

В начале ПЗС использовали как устройства памяти и обработки информации. В настоящее время - это в основном оптические преобразователи «свет – электрический сигнал». Такой преобразователь используется в цифровых видеокамерах и фотоаппаратах (digital camera – “photosmart”).

Устройство активной зоны пзс

С труктура ПЗС представляет собой матрицу близко расположенных МДП-конденсаторов.

0 > V₁ ~ V₂ > V₃

Рисунок 1 - Структура ПЗС линейки

Рисунок 2 - Фото одной из первых советских ПЗС матриц (размер светочувствительной области 20х2 пиксела)

Рисунок 3 – Фото современной ПЗС матрицы

V₃ более отрицателен, чем V₁ и V₂

Зона под электродом (заштрихованная) называется потенциальной ямой, которая может быть заполнена сгустком дырок – положительным объемным зарядом. Чем отрицательнее потенциал электрода тем, больше потенциальная яма, тем больше заряд может быть накоплен.

Переключение потенциалов на электродах приводит к движению потенциальной ямы. Вместе с ямой движется и заряд. Так осуществляется перенос информации.