10. Оптроны. Назначение, устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики.

Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.

Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик.

По степени сложности структурной схемы среди изделий оптронной техники выделяют две группы приборов. Оптопара (говорят также "элементарный оптрон") представляет собой оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая электрическую изоляцию между входом и выходом. Оптоэлектронная интегральная микросхема представляет собой микросхему, состоящую из одной или нескольких оптопар и электрически соединенных с ними одного или нескольких согласующих или усилительных устройств.

Как элемент связи оптрон характеризуется коэффициентом передачи К_i , определяемым отношением выходного и входного сигналов, и максимальной скоростью передачи информации F. Практически вместо F измеряют длительности нарастания и спада передаваемых импульсов t_нар(сп) или граничную частоту. Возможности оптрона как элемента гальванической развязки характеризуются максимальным напряжением и сопротивлением развязки U_разв и R_разв и проходной емкостью C_разв.

11. Полупроводниковые лазеры. Назначение, устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики.

Полупроводниковые лазеры представляют собой оптоэлектронные приборы, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в оптическую (световую). В основе этого процесса лежит излучение света, обусловленное электронным переходом из зоны проводимости полупроводника в валентную зону. Для возбуждения электронов в зону проводимости, или, как говорят, для накачки, используется инжекция носителей. С этой целью обычно формируют pn-переход. С помощью инжекции обеспечивается создание неравновесных носителей заряда, что обеспечивает генерацию оптического излучения в pn-переходе полупроводника.

Области применения полупроводниковых лазеров:

• Лазерные диоды высокой мощности используются как высокоэффективные источники накачки для твердотельных лазеров (лазеров с диодной накачкой).

• Диапазон возможных длин волн генерации лазерых диодов очень велик и охватывает большую часть видимой, ближней инфракрасной области и средней инфракрасной области спектра.

• Небольшие лазерные диоды позволяют осуществлять быстрое переключение и модуляцию оптической мощности, что позволяет их использовать, например, в передатчиках оптоволоконных линий.

Полупроводниковые лазеры имеют очень малые размеры (~0,1 мм в длину).

Пространственные и спектральные характеристики излучения полупроводникового лазера сильно зависит от свойств материала, из которого сделан переход (таких свойств, как структура запрещенной зоны и коэффициент преломления). Характеризуется высоким спектральным разрешением, мощность порядка несколько милливатт (промышленные – несколько ватт).

Полупроводниковый лазер, так же как обычный лазер, представляет собой лазерный резонатор с помещенной внутри него активной средой. Лазерная генерация возникает тогда, когда оптическое усиление компенсирует потери энергии внутри резонатора, складывающиеся из потерь в активной среде и потерь на отражение. Это соответствует пороговому току инжекции Iп.