цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Введение в оптоэлектронику

Введение в оптоэлектронику

Автор: Mike(admin) от 13-07-2017, 18:55

Что такое оптоэлектроника?


Оптоэлектроника – это особая дисциплина электроники, которая фокусируется на светоизлучающих или светочувствительных устройствах. Светоизлучающие устройства используют напряжение и ток для создания электромагнитного излучения (т. е. света). Такие светоизлучающие устройства обычно используются для освещения или в качестве индикаторов. Напротив, светочувствительные устройства, такие как фототранзисторы, предназначены для преобразования полученной электромагнитной энергии в электрический ток или напряжение. Светочувствительные устройства могут использоваться для светового зондирования и связи. В общем, светочувствительные устройства работают с использованием фотонов для освобождения связанных электронов в полупроводниковых материалах.


Фоторезистор

Фотоны и физические принципы


Фотоны являются фундаментальными единицами электромагнитного излучения (ЭМИ). Фотоны имеют частоту распространения, и мы классифицируем ЭМИ на основе этой частоты: СВЧ-ЭМИ, инфракрасное ЭМИ, оптическое ЭМИ и т. д. Человеческий глаз чувствителен к оптическому ЭМИ, который далее классифицируется в цвета. Цвет не является неотъемлемым свойством фотонов; скорее, фотоны имеют частоту, и люди интерпретируют эти разные частоты как разные цвета.


Связь между частотой фотонов и длиной волны (λ) определяется следующим образом: λ=ν/f. Здесь ν является скоростью фотона. В вакууме она равна скорости света, но в других средах, таких как стекло, ν становится медленнее, чем скорость света. Фотон с более длинной длиной волны (т. е. с более низкой частотой) имеет меньше энергии, чем фотон с более короткой длиной волны (т. е. с более высокой частотой).


Виды оптоэлектронных устройств


Лампы


Лампы, такие как лампы накаливания, являются устройствами, которые преобразуют электрический ток в энергию видимого света. Лампы накаливания имеют нить из вольфрамовой проволоки. По мере протекания тока через эту нить, ток сталкивается с атомами нити накала, заставляя нить накапливать тепло, в результате чего испускаются фотоны. Этот конкретный процесс производит фотоны с различными длинами волн, что приводит к испусканию света, который выглядит беловатым по цвету.


Галогенные лампы аналогичны лампам накаливания. Фактически, галогенные лампы считаются передовой формой ламп накаливания. Галогенные лампы широко известны своим ярким светом. Галогенная лампа использует наполнитель, который находится внутри газовой лампы под давлением. Газ под давлением состоит из инертного газа и небольшого количества галогенового элемента, такого как бром или йод. Кроме того, стекло галогенной лампы больше, чем стекло в обычной лампе накаливания.


Люминесцентные лампы совершенно другие. Они состоят из стеклянной трубки, заполненной ртутью, внутренняя стенка которой покрыта материалом, который флуоресцирует. Когда электроны, излучаемые катодным электродом флуоресцентной лампы, сталкиваются с атомами ртути, излучается УФ (ультрафиолетовое) излучение. Это УФ-излучение поглощается флуоресцентным покрытием лампы, которое, в свою очередь, освобождает видимый свет.


Светодиоды


Светоизлучающие диоды (светодиоды) представляют собой двухпроводные полупроводниковые приборы, которые аналогичны обычным диодам, за исключением того, что они излучают свет, который может быть видимым, инфракрасным или ультрафиолетовым. Когда светодиодный анодный провод становится более положительным по напряжению, чем его катодный вывод (обычно на напряжение от 0.6 до 2.2 В), ток протекает через светодиодное устройство, что приводит к испусканию света.


В историческом плане красный цвет был первым светодиодным цветом. Он был разработан в 1962 году, а первый красный светодиод был выпущен в 1968 году. Затем появились желтые, зеленые и инфракрасные светодиоды. Только в 1989 году синий светодиод стал коммерчески доступным. В настоящее время практически любой цвет светодиодов, включая белый, доступен в продаже.


Лазерные диоды


Лазерный диод представляет собой полупроводниковое лазерное устройство, которое очень похоже, как по форме, так по принципу работы, на светодиод. Но излучаемая им длина волны находится в лазерном диапазоне.


Фоторезисторы


Фоторезисторы – это не что иное, как регулируемые по переменному току резисторы, также известные как светозависимые резисторы (LDR). Как правило, когда фоторезистор помещается в темноту, его сопротивление очень велико (измеряется в мегаомах). Напротив, когда на фоторезистор падает свет, его сопротивление резко уменьшается. Фоторезисторы используются в светочувствительных коммутационных устройствах.


Фотодиоды


Фотодиоды представляют собой двухпроводные полупроводниковые приборы, которые преобразуют световую энергию (то есть фотоны) непосредственно в электрический ток. Фотодиод построен с использованием очень тонкого полупроводника n-типа вместе с более толстым полупроводником p-типа. N-сторона имеет обилие электронов и считается катодом, а р-сторона имеет много дырок и считается анодом. Когда фотон (т. е. свет) достаточной энергии ударяет по диоду, он создает электронно-дырочную пару. Дырки движутся к аноду, а электроны движутся к катоду, создавая, таким образом, индуцированный светом ток (т. е. фототок).


Солнечные элементы


Солнечные элементы – это просто фотодиоды с исключительно большими поверхностными областями. Эти большие площади позволяют солнечным элементам быть более чувствительными к входящему свету, а также более мощными как по напряжению, так и по току, чем фотодиоды. Солнечные элементы обычно используются в солнечных батареях, но они также часто используются в качестве светочувствительных элементов в детекторах видимого света. Примеры включают световые индикаторы и светочувствительные реле.


Фототранзисторы


Как вы уже догадались, фототранзисторы являются светочувствительными транзисторами. Существует два распространенных типа: первый напоминает BJT (биполярный переходный транзистор), а второй аналогичен FET (полевой транзистор). Фототранзистор типа BJT имеет базовую светочувствительную область; когда эта поверхность остается темной, устройство остается выключенным. Фототранзистор типа FET, иногда называемый фото-FET, использует свет для генерации напряжения затвора, который контролирует ток стока. Фототранзисторы типа FET более чувствительны к изменениям света по сравнению с фототранзисторами типа BJT.


Оптоизоляторы


Оптоизоляторы (также известные как оптопары) – это электрические устройства, которые соединяют две цепи с помощью оптического интерфейса. Например, типичный оптоизолятор состоит из светодиода и фототранзистора, оба из которых заключены в герметичную оболочку. Светодиодная часть оптоизолятора подключена к схеме возбуждения, а фототранзистор к выходному устройству. Соответственно, когда светодиод включен, он испускает фотоны, которые обнаруживаются фототранзистором. Типичное применение оптоизолятора заключается в обеспечении электрической изоляции между двумя отдельными цепями.


Оптоволокно


Оптическое волокно используется в сочетании с оптоэлектронными устройствами для передачи информации с помощью модулированного света.




Таким образом, оптоэлектроника включает в себя целый ряд различных элементов поглощающих или испускающих свет. И на основе этих элементов можно создавать довольно сложные электронные устройства.




© digitrode.ru


Теги: светодиоды, лазер




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий