2. Акустооптический модулятор (аом), устройство, требования к используемым материалам, принцип работы и основные характеристики.

Акустооптическим модулятором (АОМ) является устройство, используемое для управления мощностью, частотой или пространственным направлением лазерного луча при помощи электрического управляющего сигнала

Билет№8

1. Источники излучения в ио – полупроводниковые лазеры, светодиоды (требования к характеристикам излучения)

Опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения[8]. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу

Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённом состоянии[11]. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей). В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера (оптические, электрические, химические и др.)[12].

Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное — через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой мощности (так называемые гигантские импульсы)[9]. Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности.

Генерируемое лазером излучение является монохроматическим (одной или дискретного набора длин волн), поскольку вероятность излучения фотона определённой длины волны больше, чем близко расположенной, связанной с уширением спектральной линии, а, соответственно, и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум. Поэтому постепенно в процессе генерации фотоны данной длины волны будут доминировать над всеми остальными фотонами[12]. Кроме этого, из-за особого расположения зеркал, в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом, луч лазера имеет очень малый угол расходимости[13]. Наконец, луч лазера имеет строго определённую поляризацию. Для этого в резонатор вводят различные поляризаторы, например, ими могут служить плоские стеклянные пластинки, установленные под углом Брюстера к направлению распространения луча лазера

2. Определение предмета " Функциональная акустоэлектроника", основные физические явления и эффекты лежащие в основе работы акустоэлектронных и акустооптических приборов и устройств. Типы объемных и поверхностных (ПАВ) акустических волн, способы их возбуждения и приема.

Непрерывное расширение функций радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) приводит к резкому усложнению самих радиоэлектронных систем и, как следствие, к лавиноподобному росту числа активных и пассивных компонентов в системах. Традиционными методами конструирования, в том числе и методом комплексной миниатюризации на основе интеграль¬ной электроники, эта проблема не может быть решена. Принципиальное решение проблемы возрастающих количеств элементов систем может быть получено только при полном отбрасывании понятий классической схемотехники и непосредственном использовании основных свойств вещества для выполнения функций системы. В таком случае эти функции выполняются без объединения компонентов в системы и без многократного увеличения их количества. На этих принципах базируется новое направление микроэлектроники, получившее название функциональной электроники. Одной из наиболее бурно развивающихся областей функциональной электроники является акустоэлектроника.

Акустоэлектроника – это направление функциональной микроэлектроники, основанное на использовании пьезоэлектрического эффекта, а также явлений, связанных с взаимодействием электрических полей с волнами акустических напряжений в пьезоэлектрическом полупроводниковом материале. По существу, акустоэлектроника занимается преобразованием акустических сигналов в электрические и электрических в акустические. Обратим внимание на то, что данное определение аналогично определению оптоэлектроники, где речь идет о взаимных преобразованиях оптических и электрических сигналов.

Акустические (звуковые) волны (АВ) высокой частоты (более 20 кГц) — "ультразвук" — уже давно используются в различных областях науки и техники. Два важных свойства АВ — относительно низкая скорость распространения (в 105 раз меньше скорости света), а также простота и высокая эффективность возбуждения в пьезоэлектрических материалах — обусловили их применение в радиотехнике и электронике. Линии задержки на объемных акустических волнах (ОАВ) используются в радиотехнике многие десятки лет. Не менее хорошо известны и другие устройства, использующие ОАВ в пьезоэлектрических материалах, — кварцевые резонаторы для стабилизации частоты. Оба этих устройства представляют собой широко известные примеры применения АВ (ультразвука) в радиоэлектронных системах обработки и передачи информационных сигналов.

В акустоэлектронике используются ультразвуковые волны как объемные (продольные и сдвиговые), так и поверхностные, которые имеют ряд преимуществ перед объемными, прежде всего — малые потери при преобразовании сигналов, доступность волнового фронта и разнообразие взаимодействий акустических волн в кристаллах.

Акустоэлектроникой в узком смысле этого слова с начала 1960-х годов стали называть исследование эффектов, связанных со взаимодействием АВ со свободными электронами в твердых телах. К этим эффектам относятся:

"Электронное" поглощение АВ.

Изменение скорости АВ из-за взаимодействия с электронной плазмой в твердом теле.

"Акустоэлектрический" эффект — увлечение электронов АВ и, как следствие, появление постоянного электрического напряжения или постоянного электрического тока в направлении распространения АВ.

Билет№9

1. Современное состояние и основные тенденции развития радиоэлектронных средств. Определение интегрального устройства радиоэлектроники. Определение интегральной схемы (ИС). Критерий оценки сложности ИС.

Интегральная микросхема - (ИС) - это совокупность электрически связанных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготовленных в едином технологическом цикле на единой полупроводниковой основе (подложке).Интегральная микросхема выполняет определенные функции обработки (преобразования) информации, заданной в виде электрических сигналов: напряжений или токов.

Критерием оценки сложности микросхемы, т.е. числа N содержащихся в ней элементов и простых компонентов, является степень интеграции. Она определяется коэффициентом К = lgN значение которого округляется до ближайшего большего целого числа. Так, микросхема первой степени интеграции (К=1) содержит до 10 элементов и простых компонентов, второй степени интеграции (К = 2) — свыше 10 до 100 третьей степени интеграции (К = 3) — свыше 100 до 1000 и т.д. В настоящее время микросхему, содержащую 500 и более элементов, изготовленных по биполярной технологии, или 1000 и более элементов, изготовленных по МДП-технологии, называют большой интегральной микросхемой (БИС). Если число элементов превышает 10000, то микросхему называют сверхбольшой (СБИС).

При изготовлении интегральных схем используется групповой метод производства и в основном планарная технология. Групповой метод производства предполагает изготовление на одной полупроводниковой пластине большого количества однотипных ИС и одновременную обработку десятков таких пластин. После завершения цикла изготовления пластины разрезаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях на отдельные кристаллы – чипы (chip), каждый из которых представляет собой ИС. Планарная (плоскостная) технология – это такая организация технологического процесса, при которой все составляющие ИС формируются в одной плоскости.

Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксида гафния).

Подробнее по этой теме см. Планарная технология.

Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок

Гибридная микросхема (часто называемая микросборкой), содержит несколько бескорпусных диодов, бескорпусных транзисторов и(или) других электронных активных компонентов. Также микросборка может включать в себя бескорпусные интегральные микросхемы. Пассивные компоненты микросборки (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) обычно изготавливаются методами тонкоплёночной или толстоплёночной технологий на общей, обычно керамической подложке гибридной микросхемы. Вся подложка с компонентами помещается в единый герметизированный корпус.

Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные (толстоплёночные) пассивные элементы, размещённые на поверхности кристалла.