Файл: Конспект.doc

Недоліки ое

• Незадовільна енергетика. Коефіцієнт корисної дії перетворювань виду Е→L чи L→E в кращих сучасних приладах (лазери, світлодіоди, р-і-п- фотодіоди), як правило, не перевищує 10-20%. Тому якщо в пристрої здійснюються ці перетворення лише двічі (на вході і виході), як, наприклад, в оптопарах або в волоконно-оптичних лініях зв'язку (ВОЛЗ), то загальний ККД зменшується до одиниць відсотків; кожен додатковий акт перетворення інформаційних сигналів із однієї форми в іншу зменшує ККД ще на порядок і більше. Низьке значення ККД спричиняє зростання енергоспоживання, що неприпустимо із-за обмежених можливостей джерел живлення; утруднює мініатюризацію, оскільки не вдається відвести тепло, що виділяється; знижує ефективність і надійність більшості оптоелектронних приладів. Відмітимо, що в окремих експериментальних зразках лазерів, світлодіодів, фотоприймачів вдається отримувати внутрішній ККД, властивий активній області напівпровідниковій структурі, близьким до 100°, що свідчить про принципову можливість подолання даного недоліку.

• Гібридність. Складові ОЕ-го пристрою, окремі елементи і прилади, як правило, виготовляються із різних матеріалів: наприклад, в оптопарі це арсенід галію (випромінювач), полімерний оптичний клей, кремній (фотоприймач); у ВОЛЗ до цих матеріалів добавляють кварц (світловод). Ще більш "строката" картина у складних оптоелектронних системах. Наявність різнорідних матеріалів обумовлює: низький ККД пристрою із-за поглинання у пасивних областях структур, відбиття і розсіювання на оптичних межах; зниження надійності із-за відмінності коефіцієнтів температурного розширення матеріалів, роз'юстировки при механічних впливах, складності загальної герметизації пристрою; технологічну складність та високу вартість. В традиційній мікроелектроніці ці недоліки визначили домінування монолітних інтегральних мікросхем над гібридними.

• Деградація. Деградація - це зниження ефективності ОЕ – них приладів під впливом температури Т, проникаючої радіації R, а також довготривалої роботи Д. Принципова особливість ОЕ - них перетворювань і процесів розповсюдження випромінювання у речовині полягає у їх виключно високій чутливості до порушень оптичної однорідності матеріалів і навіть до субмікронних включень. До появи таких дефектів приводять Т, R і Д - дії. Практично для усіх видів випромінювачів спостерігається зменшення потужності випромінювання при підвищенні температури; у фотоприймачів зростають темнові струми та рівень шумів. Також проявляється дія проникаючої радіації (швидкі електрони, протони, α-частинки, нейтрони, γ-кванти), з тією різницею, що спричинені порушення є незворотні. Ступінь деградації фізичних властивостей ОЕ -го приладу за час тривалої роботи залежить від його технологічного удосконалення, одначе завжди неминуче помутніння оптичних середовищ і погіршення світлопропускання на межах різнорідних матеріалів.

• Співставлення переваг і недоліків, значимість перших і можливість подолання (хоч би частково) других дозволяє зробити загальний оптимістичний висновок про великі можливості ОЕ - ки.

Основні прилади ое

• Різноманітність фізичних ефектів визначила велику кількість різних приладів ОЕ -ки. Нижче розглянуто основні із них.

• Індикатори - прилади для систем візуального відображення інформації. Широко використовуються в електронних годинниках, мікрокалькуляторах, табло і приладних щитах, в дисплеях і системах людина - ЕОМ. Розвиток індикаторної техніки дозволив створити плоскі екрани телевізійного типу. Фізичну основу приладів індикаторного типу складають різні види електролюмінісценції і електрооптичні явища. В промисловості найширше представленні рідкокристалічні, напівпровідникові (світлодіоди), вакуумні люмінесцентні, газорозрядні індикатори. Ці вироби виконуються у вигляді цифрових і цифро-літерних індикаторів, багаторозрядних моно дисплеїв, універсальних інформаційних плоских екранів, що відображають цифри, літери, символи, графіки, а також рухомі двомірні картини.

• Формувачі сигналів зображення (ФСЗ) чи формувачі відеосигналів (ФВС) - прилади, що призначенні для перетворення зображень в адекватну їм послідовність електричних сигналів. Використовуються в телевізійних передавачах, фототелеграфії, під час зчитування інформації на вході в ЕОМ, в приладах контролю технологічних процесів тощо. Мініатюрні твердотільні ФСЗ разом з мікропроцесорами використовуються під час розробки систем штучного бачення роботів, а в майбутньому і людини. Робота приладів базується на фізиці фотоелектричних явищ. Типовими представниками є фоточутливі прилади із зарядовим зв'язком (ФПЗЗ) - багатоелементні інтегральні фотоприймачі із вмонтованим електронним самоскануванням, що забезпечує послідовне зчитування інформації від усіх фоточутливих комірок.

• Волоконно-оппшчні лінії зв'язку (ВОЛЗ) - пристрої і системи, основу яких складає гнучкий волоконно-оптичний світловод (у вигляді кабелю), зчленований з випромінювачем на передаючому кінці і з фотоприймачем - на другому. Вони виконують функції лінії зв'язку і передачі даних: це найкоротші лінії (до 1 м) для обміну інформацією у високовольтовій апаратурі; короткі бортові внутрішньо об’єктні ВОЛЗ (5...100 м); лінії середньої довжини (1...20 км, які складають основу між машинних інтегральних мереж передачі даних і розгалужених внутрішньо міських АТС; магістральні ВОЛЗ довжиною в тисячу кілометрів, у тому числі трансконтинентальні, а також підводні.

• Фізичну основу ВОЛЗ складають процеси розповсюдження оптичних сигналів за волоконним світловодом, а також світло-генераційні і фотоелектричні явища у випромінювачах і приймачах. Для технічної реалізації використовують в основному надчисті кварцові світловоди, напівпровідникові гетеролазери і світлодіоди на сполуках A₃B₅, фотодіоди на основі кремнію та сполуках A₃B₅, A₂B₆.

• Оптопари чи елементи електричної розв'язки, що представляють собою прилади, в яких світлодіодний випромінювач (вхідне коло) зв'язаний з фотоприймачем (вихідне коло) оптично і розв'язаний електрично. Оптопари широко використовуються у мікроелектронній та електротехнічній апаратурі для забезпечення електричної розв'язки при передачі інформаційних сигналів, безконтактної комунікації великострумних та високовольтних кіл, при створенні фотоприймачів, що можуть перестроюватися, в пристроях контролю і керування.

• Сонячні фотоперетворювачі - напівпровідникові фотодіоди, що оптимізовані для прямого перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію. Їх функціональне призначення не відповідає визначенню оптоелектроніки, однак історично склалось так, що стало загальноприйнятим відносити сонячні батареї до ОЕ-них приладів. Ці прилади основані на фотовольтаічному ефекті у напівпровідниках. Визначальний напрям їх конструктивно-технологічної реалізації - створення великої фоточутливої площі, досягнення високого ККД і малої вартості.

• Оптична пам'ять основана на ЗП, в яких на носій записується інформація, що представлена в оптичній формі. Висока щільність запису обумовлює перспективність цих пристроїв в архівних ЗП ЕОМ та інформаційно-пошукових системах, до яких багаторазово звертається велика кількість користувачів. Додаткова перевага оптичної пам'яті - великий термін збереження інформації, підвищена швидкість інформаційного обміну, можливість запису аналогової інформації і двовимірних образів. Фізичною основою оптичної пам'яті є теплова дія на речовину лазерного променя. Досліджуються ЗП з паралельним записом масивів інформації на фотопластинках у вигляді голограм. Промисловістю випускаються оптичні дискові накопичувачі з послідовним (побітовим) записом інформації на поверхню диску, що обертається, гостро сфокусованим променем лазеру.

• Оптична обчислювальна техніка - комплекс оптоелектронних апаратурних засобів, що дозволяють ефективно здійснювати математичні і логічні операції з інформацією, яка представлена в оптичній формі. Алгоритмічна основа цього напряму зв'язана зі здібністю лінійних оптичних систем здійснювати деякі аналогові математичні перетворення (двомірне інтегральне перетворення Фур'є та операцію згортки), а також паралельну обробку великих масивів цифрової інформації. Принциповим конструктивно-технологічним досягненням є інтегральна оптика, на основі якої створюються прилади і пристрої на базі тонкоплівкових плоских діелектричних хвилеводів.

• Оптоелектронні датчики - прилади, що перетворюють зовнішні фізичні дії: температуру, тиск, вологість, прискорення, магнітне поле тощо, в електричні сигнали. До таких датчиків відносяться формувачі сигналів зображення і оптопари з відкритим оптичним каналом. Інтенсивний розвиток цього напряму зв'язаний з появою волоконно-оптичних датчиків, у яких зовнішні дії змінюють характеристики оптичного сигналу, що розповсюджується по волокну. Перевагою волоконно-оптичних датчиків є те, що чутливий елемент (волокно) одночасно є і каналом передачі інформації до місця її обробки.

• Інші ОЕ-і прилади: дискретні світлодіоди, фотодіоди, фоторезистори, модулятори світлових променів тощо.