ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

2.1.ВВЕДЕНИЕ. ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Оптоэлектроника представляет собой раздел науки и техники, посвященный генерации, переносу, преобразованию, запоминанию, хранению

и отображению информации на основе совместного использования электрических и оптических явлений и процессов. В соответствии с этим

определением физическую основу оптоэлектроники составляют процессы преобразования электрических сигналов в оптические и оптических в электрические, процессы распространения излучения в различных средах,

эффекты взаимодействия электромагнитных излучений оптического диапазона с веществом.

Оптоэлектроника синтезирует достижения ряда областей науки и техники, среди которых следует отметить физику фотоэлектронных приборов, квантовую и полупроводниковую электронику, светотехнику и ИК технику, волоконную и нелинейную оптику.

Принципиальные достоинства оптоэлектронных приборов и устройств определяются следующими факторами.

1.Высокая информационная емкость оптического канала связи, обусловленная тем, что частота световых колебаний (1013 - 1015 Гц) на три -

пять порядков величины больше максимальных частот радиотехнического диапазона. Так, если для передачи телевизионного изображения требуется полоса частот 5 МГц, то в метровом диапазоне (около 300 МГц) можно передать около десятка телевизионных программ, а в оптическом в миллион раз больше. Малое значение длины волны световых колебаний обеспечивает

высокую плотность записи информации в оптических запоминающих устройствах (порядка 108 бит/см2).

2.Острая направленность светового излучения позволяет кон-

центрированно и с малыми потерями передавать информацию в заданную область пространства, фокусировать лазерный луч на фотоприемник в пределах микронных и субмикронных размеров.

3.Возможность двойной - временной и пространственной модуляции светового потока. Минимальная элементарная площадка в перпендикулярной

световому потоку плоскости составляет величину порядка квадрата длины

59

волны (10-8 см2). Это открывает огромные возможности для параллельной обработки информации.

4.Передача информации с помощью электрически нейтральных фотонов обеспечивает:

- отсутствие электрических и механических контактов в системе; - идеальную гальваническую развязку входа и выхода;

- однонаправленность потока информации и отсутствие обратного влияния приемника на источник;

- возможность создания сильно разветвленных коммуникаций, нагруженных на несогласованные разнородные потребители энергии;

- невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных полей, отсутствие взаимодействия в самих каналах связи - отсюда высокая помехозащищенность, отсутствие взаимных наводок.

5.Возможность непосредственного оперирования с зрительно воспринимаемыми образами, визуализация электрических сигналов.

6.Возможность существенного продвижения в область функциональной микроэлектроники, создания функциональных оптоэлектронных устройств и систем.

Необходимость развития оптоэлектроники связана и с тем, что

классическая микроэлектроника не может комплексно решить задачу микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры. Такие элементы и компоненты, как импульсные трансформаторы, реле контакты, кабели, разъемы, электронно-лучевые трубки и т.д., плохо стыкуются с интегральными микросхемами и отличаются громоздкостью, невысокими эксплуатационными характеристиками, малой надежностью и высокой стоимостью. Именно на долю перечисленных компонентов приходится 90 - 95% объема, массы, потребляемой мощности, числа отказов и стоимости современной РЭА.

Оптоэлектроника открывает реальные пути преодоления этих противоречий. Более того, оптоэлектроника позволяет существенно повысить быстродействие современных ЭВМ и объемы перерабатываемой информации. Таким образом, оптоэлектроника, начав свое развитие с дополнения и усовершенствования современной микроэлектроники, в будущем позволит создать принципиально новые, функциональные средства информационной техники.

Отметим основные исторические этапы развития оптоэлектроники.

60