Квантовая и оптическая электроника.-2

221

повышенную разрешающую способность. Исходные параметры для расчета: N =200 эл., fc =400 Гц, l =0,63 мкм, Dп =10 мкм, Dокг =2 мм, g = 1/. Выбрать рабочую среду дефлектора и оптическую схему сканирующего устройства. Определить геометрические размеры дефлектора b, L, h; требуемое быстродействие tд; среднюю акустическую частоту fак0; рабочий диапазон акустических частот Dfак; углы падения и отражения оптического луча j и q–1 , геометрические размеры элементарных преобразователей Lэл, bступ; максимальный угол сканирования оптического луча; требуемое увеличение Г оптической системы; требуемый поток Ракπ звуковой энергии и мощность Рэл треб электрического сигнала, подводимого к преобразователю.

8. Электрооптический дефлектор предназначен для сканирования сходящегося светового пучка со следующими параметрами: Dвх = 1,5 см, λ = 0,85 мкм, ξ = 1,4 . Ширина дефлектора b=1,5 см, фокусное расстояние оптической системы F=(5/4)L. Показатель преломления материала дефлектора n=1.35, максимальное изменение показателя преломления Dn = 2,9 ×10−4 . Определить максимальную длину пути луча в дефлекторе Lmax, расстояние от дефлектора до точки фокусирования L /, фокусное расстояние F, максимальный угол отклонения луча Damax, угловую расходимость γ , диаметр сфокусированного пятна, разрешающую способность дефлектора N, линейный диапазон перемещения пятна в фокальной плоскости, диаметр пучка на выхо-

222

де, линейный диапазон перемещения пятна в фокальной плоскости l.

9. Найти параметры отклонения светового пучка и оптимальные размеры электрооптического дефлектора кристалла для получения максимальной разрешающей способности Nmax при сканировании сходящегося светового пучка круглого сечения с длиной волны l=1,16 мкм. Ширина кристалла b=Dвх=1,5 см.

Максимальное изменение показателя преломления кристалла Dn = 0,81×10−4 , показатель преломления n=1,35.

Определению подлежат: фокусное расстояние F, оптимальная длина пути светового луча в кристалле Lопт, расстояние от дефлектора до точки фокусирования L¢, максимальный угол отклонения αmax , максимальная разрешающая способность Nmax, диаметр сфокусированного пятна Dn, линейный диапазон перемещения пятна в фокальной плоскости l.

10. Электрооптический дефлектор предназначен для сканирования коллимированного светового пучка с апертурой Dвх =1см. Ширина дефлектора b=2 см. Длина волны управляемого излучения l=0,63 мкм. Световой пучок имеет круглое сечение, для которого x=1,2. Показатель преломления материала дефлектора n=1,5, максимальное изменение показателя преломления Dn=2×10–4 . Определить максимальную длину пути луча в дефлекторе Lmax, максимальный угол отклонения светового луча DLmax и разрешающую способность дефлектора N.

6.9Фотоприемные устройства оптического излучения

1.Нарисуйте и объясните вольт-амперные и световые характеристики фотодиода в фотодиодном режиме. Приведите схему включения фотодиода, работающего в этом режиме.

2.Фотоэлемент СЦВ-3, включенный в схему на рис. 6.4, имеет характеристики, изображенные на рис. 6.3. Параллельно с резистором нагрузки включается электронный ключ, обладаю-

223

щий бесконечно большим входным сопротивлением. Напряжение источника Еа=200В. Определить: а) световой поток Ф, при котором откроется ключ, если порог срабатывания ключа равен 50 В при сопротивлении нагрузки Rн=5МОм; б) максимально возможное значение сопротивления нагрузки Rн, если порог срабатывания равен 100 В и максимальное значение светового потока Ф=0,15 лм.

Рис. 6.3 Рис. 6.4

3. Определить число каскадов фотоэлектронного умножителя для получения выходного тока 2 мА, если ток эмиссии фотокатода 0,01 мкА, а коэффициент вторичной эмиссии σ=6.

4.В девятикаскадном фотоэлектронном умножителе ток эмиссии фотокатода равен 10–8 А, а выходной ток составляет 100 мА. Найти коэффициент вторичной эмиссии материала электродов.

5.Определить коэффициент усиления фототока в фотоэлектронном умножителе, если известно, что число эмиттеров в приборе равно 6, коэффициент вторичной эмиссии материала эмит-

тера σ = 4.

224

6.Определить коэффициент вторичной эмиссии одного

эмиттера фотоумножителя ФЭУ-19, состоящего из 13 каскадов, если известно, что общий коэффициент усиления составляет 106.

7.Чувствительность фотоэлемента при рабочем анодном

напряжении равна 14 мкА/лм, площадь окна фотоэлемента П=10 см2. Горизонтально направленная сила света лампы накаливания равна 100 кд. Определить: а) фототок, если фотоэлемент расположить на расстоянии l =50 см от лампы; б) значение анодного тока, если в приборе, помимо указанного фотокатода, будет помещено еще девять эмиттеров, обладающих каждый ко-

эффициентом вторичной эмиссии σ=5. Принять, что коэффициент сбора электронов α = 0,6.

8. Пользуясь люкс-амперной характеристикой фоторезистора ФСК-1, изображенной на рис. 6.5, определить его удельную чувствительность, если темновой ток Iт= 15 мкА, освещенность E=800 лк, напряжение па фоторезисторе U=25 В, площадь светочувствительной поверхности П=0,3 см2.

9. Фоторезистор ФСК-1, люкс-амперная характеристика которого изображена на рис. 6.5, используется в схеме на рис. 6.6. Напряжение источника питания Е =50 В, сопротивление резистора нагрузки Rн = 10 кОм, максимально допустимая мощность, рассеиваемая фоторезистором, Рmax=125 мВт. Площадь светочувствительной поверхности П=0,3 см2. Определить: а) световой поток Ф, при котором падение напряжения на нагрузке UR =25 В; б) мощность Р, рассеиваемую фоторезистором в этом случае; в)

226

противления нагрузки, при котором сохраняется еще фотодиодный режим, если напряжение источника питания Е=60 В.

15.Пользуясь характеристиками фотодиода, работающего в вентильном (фотогальваническом) режиме (рис. 4.8), построить график зависимости выходной мощности от значения сопротивления нагрузки. Найти: а) оптимальное сопротивление нагрузки Rн.опт ; б) напряжение холостого хода Uо.

16.Чем ограничена максимальная фото-ЭДС фотодиода, работающего в вентильном режиме?

17.Электронно-дырочный переход площадью 102 см2 германиевого фотодиода освещается источником света, который вызыва-

ет генерацию носителей заряда со скоростью 4,6×1018 1/(см3×с). Определить фототок короткого замыкания фотодиода при обратном напряжении, если концентрация примесей в областях р-n- перехода Na=Nд=1015 см–3 , время жизни носителей t–10 мкс. Сравните ток короткого замыкания с темповым фототоком при обратном напряжении. Вычислите напряжение холостого хода фотодиода при Т=300 К.

18. Какова связь между интегральными чувствительностями фототранзистора при включении его в схему с общей базой и с общим эмиттером?

Таблица 6.8 - Типичные значения коэффициента усиления и времени быстродействия

227

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

а) основная литература:

1.Г.Л. Киселев. Квантовая и оптическая электроника.-СПб. Лань, 2011.- 320с.

2.В.А. Малышев. Основы квантовой электроники и лазерной техники. - М.: Высшая школа, 2005. - 542 с.

3.В.М. Шандаров. Основы физической и квантовой оптики. – Томск: Томск. гос. Ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2005. – 258 с.

4.Кущ Г.Г., Соколова Ж.М., Шангина Л.И.. Приборы и устройства оптического и СВЧ-диапазонов. - Томск: Издательство научно-технической лите-

ратуры, 2003. - 556 с.

5.Н.И. Калитеевский. Волновая оптика. - СПб.: Лань, 2006. - 465 с.

6.Ушаков В.Н и др. Оптические устройства в радиотехнике: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радиотехника, 2005. -240 с.

б) дополнительная литература:

1д.Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. – М: Высшая школа. 2001, - 572с.

2д. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи: Пер. с англ. - М.: Техносфера, 2006. – 447 с.

3д. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники.- К.: Высшая школа;1988.- 383 с.

4д. Акаев А.,.Майоров А. Оптические методы обработки информации. -М.: Высшая школа,1988. -157 с.

5д. Бусурин В.И., Носов Ю.Р.. Волоконно - оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990.- 240с.

6д. Гитин Л.Н., Кочановский В.Я. Волоконно-оптические системы передачи: Учеб. пособие/ - М.: Радио и связь, 2003. - 128 с.

7д. А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах.- М.:Мир,1987. - 616 с. 8д. М.П.Петров, С.И.Степанов, А.В.Хоменко. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. М.: Наука, 1992.

9д. В.М. Шандаров. Волоконно-оптические устройства технологического назначения. – Томск: Томск. гос. Ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. – 192 с.

228

Учебное издание

Л.И. Шангина

КВАНТОВАЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Учебное методическое пособие по практическим занятиям по дисциплинам «Квантовая и оп-

тическая электроника»., «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства».для направлений подготовки Радиотехника - 210300, Телекоммуникации – 210400

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.

634050, Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.

.