Оптроны, оптопары и оптоэлектронные микросхемы

Оптроном называется оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник оптического излучения. Если в составе оптрона имеется достаточно сложная электронная схема, то такие приборы относят к классу оптоэлектронных микросхем.

По характеру связей между приемником и источником излучения можно все типы оптронов разделить на три группы:

1. с оптической связью;

2. с электрической связью;

3. с комбинированной связью.

Наиболее распространенными являются оптроны с оптической связью, называемые оптопарами.

При классификации оптронов по типу излучающего элемента их можно разбить на три группы:

1. с миниатюрной ЛН;

2. светодиодный;

3. с полупроводниковым лазером.

Оптроны с ЛН характеризуются высокой инерционностью и низкой надежностью. Светодиодные оптроны в настоящее время являются самыми распространенными оптронными приборами, т.к. обладают достаточно хорошими эксплуатационными характеристиками. Лазерные оптроны, как правило, характеризуются высоким быстродействием, однако поскольку стоимость лазеров почти что на порядок превышает стоимость светодиода (СИД) (при существенном снижении надежности), их применение может быть оправдано лишь при решении специальных технических задач.

Классификация оптронов по типу фотоприемного элемента применяется обычно для простейших оптопар:

1. резисторные;

2. диодные;

3. транзисторные;

4. тиристорные.

Модуляторы оптического излучения

Модуляция состоит во введении информации в световую волну за счет изменения во времени одной из ее характеристики – амплитуды, фазы, частоты, поляризации.

Если оптическое излучение преобразуется необходимым образом в процессе его генерирования в самом источнике, модуляцию называют внутренней (прямой). Модуляция уже вышедшего из источника излучения – внешняя модуляция.

Модуляторы оптического излучения в системах обработки и передачи информации работают на основе различных физических процессов, протекающих при прохождении света в модулирующей среде под действием внешних факторов.

Оптические дефлекторы

Распространенными элементами в системах оптической обработки информации являются устройства для изменения пространственного положения светового луча, называемые дефлекторами.

Различают дефлекторы с дискретным набором положений отклоненного луча, а также предназначенные для его непрерывной развертки – сканеры.

Одним из основных параметров дефлектора является разрешающая способность, которая определяется материалом и толщиной двулучепреломляющих пластин, а также их ориентацией относительно оптической оси кристалла.

Оптическая память

При последовательном способе записи на устройства постоянной оптической памяти промодулированный необходимым образом луч направляют через объектив на запоминающую среду, а его геометрическое положение задают оптическим дефлектором.

В наиболее простом случае в качестве запоминающей среды используют серебряно-галоидные эмульсии, нанесенные на прозрачную подложку. После проявления и фиксирования изображение проецируют при помощи считывающего объектива на детектор излучения, например, на матрицу фотоприемников.

Побитовую запись информации можно осуществлять прожиганием с помощью сфокусированного лазерного луча сквозных отверстий около 1 мкм в тонких слоях веществ, нанесенных на прозрачную, например, полиэфирную основу.

Еще один способ записи в виде кодированной последовательности импульсов состоит в создании микроуглублений или пятен на поливинилхлоридной или полиметакрилатной пластине с нанесенным на ее поверхности слоем теллура.

Наконец, в металлическом слое можно формировать микробугорки. В этом случае используют тугоплавкие материалы, а в качестве диэлектрического подслоя – хорошо испаряемый материал. Под действием лазерного луча в результате испарения подслоя в соответствующем месте образуется выпуклость.

Пленку с записанной информацией покрывают слоем прозрачного материала, который предназначен прежде всего для защиты носителя информации от повреждений. Запоминающая пленочная структура может быть укреплена или нанесена на вращающемся диске из стекла, кварца, ситтала или полимера.

Устройства оперативной памяти, в отличие от рассмотренных выше, должны обладать реверсивностью, т.е. после кратковременного стирающего воздействия быть готовыми к записи новой информации.

В записывающих устройствах оперативной оптической памяти используют многие физические эффекты.

Возможны устройства оптической памяти, использующие запись на фотохромных материалах – веществах, поглощение которых обратимо изменяется под действием оптического излучения непосредственно, т.е. без какого-либо проявления (полимеры, силикатные стекла, щелочно-галоидные кристаллы).

В устройствах памяти, основанных на магнитооптических эффектах, используют слои ферромагнитных материалов, способных надолго сохранять намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. Такой способ записи принято также называть термомагнитным. На локальном нагреве лазерным лучом основывается запись в халькогенидных стеклах, содержащих серу, теллур, мышьяк и другие элементы.