Основні поняття і визначення
Оптоелектроніка досліджує і застосовує процеси взаємодії оптичного випромінювання з речовиною для передачі, прийому, переробки, збереження і відтворення інформації.
Оптичне випромінювання – це електромагнітні хвилі (ЕМХ) в оптичному діапазоні.
Оптичний діапазон – це електромагнітні коливання, довжина хвилі яких лежить у межах від 1 мм до 1 нм.
В оптичному діапазоні виділяють:
ультрафіолетове випромінювання 1нм – 0,78 мкм;
видиме випромінювання 0,38 мкм – 0,78 мкм;
інфрачервоне випромінювання 0,78 мкм – 1000 мкм.
Монохроматичне випромінювання – це оптичне випромінювання, яке характеризується однією частотою і фазою коливань.
Квантовий підсилювач – це підсилювач електромагнітних хвиль, який використовує вимушене випромінювання.
Квантовий генератор – джерело когерентного випромінювання, який використовує вимушене випромінювання.
Лазер (оптичний квантовий генератор) – джерело електромагнітного випромінювання видимого, інфрачервоного і ультрафіолетового діапазонів, засноване на вимушеному випромінюванні атомів і молекул. Слово "лазер" складене з початкових букв (абревіатура) слів англійської фрази "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", що означає "посилення світла в результаті вимушеного випромінювання". У літературі вживається також термін "оптичний квантовий генератор" (ОКГ).
Мазер – квантовий генератор електро-магнітного випромінювання радіодіапазону.
(від поч. букв англ. слів Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - посилення мікрохвиль надвисокої частоти (НВЧ) в результаті вимушеного випромінювання) загальна назва квантового підсилювача і квантового генератора НВЧ. Мазери використовуються в техніці (зокрема, в космічному зв'язку), у фізичних дослідженнях, а також як квантові стандарти частоти.
Вимушене випромінювання – це когерентне електромагнітне випромінювання, яке виникає в результаті вимушених квантових переходів при взаємодії з зовнішнім електромагнітним полем.
Когерентність – це узгоджений розвиток з часом і в просторі коливальних або хвильових процесів.
Когерентна електромагнітна хвиля – якщо її амплітуда, частота і фаза, а також напрям розповсюдження і поляризація сталі або змінюються по узгодженому закону.
Особливості оптоелектроніки [1],[4]:
частота ЕМХ в оптичному діапазоні суттєво вища ніж в радіодіапазоні. Так, видимий та інфрачервоний діапазон мають частоти 1012 – 1015 Гц, що приблизно в
раз більше, ніж частоти радіодіапазону.
Це визначає велику інформаційну ємність
оптичного каналу зв’язку. Так, для
передавання телевізійного сигналу
потрібна смуга частот ≈5 МГц, тому в
метровому діапазоні можна передати
лише 60 каналів. В оптичному діапазоні
при такому ж співвідношенні це число
зростає в мільйон разів.довжина світлових хвиль суттєво менша довжини радіохвиль. Це дозволяє отримати високу концентрацію оптичного випромінювання у просторі, так як мінімальний об’єм, в якому можна сфокусувати ЕМХ, має характерні розміри порядка довжини хвилі. Розміри хвильоводів, по яким передається випромінювання з малими втратами, також повинні бути порядка довжини хвилі. Оптичні хвильоводи мають значно менші розміри порівняно з НВЧ-хвильоводами при рівних інших умовах.
в оптичному діапазоні не важко сформувати вузьку діаграму направленості випромінювання з кутом розбіжності 0,1°. Для сформування схожої діаграми в радіодіапазоні (λ=1 м) потрібна антена діаметром порядка 100 м;
передача інформації відбувається фотонами, які, на відміну від електронів-носіїв звичайних електронних приладів, є нейтральними частинками, які не взаємодіють між собою і зовнішніми електричними та магнітними полями. Це визначає можливість ідеального розв’язку «входу-виходу», однонапрямленість потоку інформації, високу захищеність від перешкод, виключення взаємних наводок і паразитних зв’язків між різними елементами схеми;
оптичні методи запису, обробки і зберігання інформації дають можливість реалізувати:
паралельну обробку інформації на нових принципах наприклад, (голограма);
можливість досягнення високої густини запису інформації (~108 bit/см2) в оптичних запам’ятовуючих пристроях.