Главная страница
Навигация по странице:

  • Лавинный фотодиод Основная статья: Лавинный фотодиод

  • Фотодиод с гетероструктурой

  • 19.Коэффициент отражения света, коэффициент поглощения и пропускания света.

  • Коэффицие́нт отраже́ния

  • Коэффицие́нт поглоще́ния

  • Коэффицие́нт пропуска́ния

  • 20.Устройство и принцип действия оптронов. Структурная схема оптронов.

  • Электрические схемы и выходные характеристики оптронов с фоторезистором (а), фотодиодом (б) и фототиристором (в)

  • 21.Физические основы усиления и генерации лазерного излучения Ла́зер

  • Ответы оптоэлектроника. 1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника


    Скачать 1.97 Mb.
    Название1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника
    АнкорОтветы оптоэлектроника.docx
    Дата16.03.2019
    Размер1.97 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаОтветы оптоэлектроника.docx
    ТипДокументы
    #28241
    страница9 из 11

    Подборка по базе: Спецификация к блоку цилиндров.docx, Расчет тепловой схемы блока с турбоустановкой К-500-240.doc, Что такое танец.docx, Ананлиз А.А. Блок.docx, Что такое информационная.docx, требования к персоналу асептического блока, правила поведения пр, Что такое блокчейн.docx, Что такое природа.docx, Что такое криптовалюта и блокчейн.docx.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    18.Характеристики, параметры и модели фотоприемников

    Фотодио́д — приёмник оптического излучения[1], который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов вp-n-переходе.

    Принцип работы:

    При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

    Фотодиод может работать в двух режимах:

    • фотогальванический — без внешнего напряжения

    • фотодиодный — с внешним обратным напряжением



    Параметры:

    • чувствительность

    отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала.

     — токовая чувствительность по световому потоку

     — вольтаическая чувствительность по энергетическому потоку

    • шумы

    Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

    Характеристики:

    • вольт-амперная характеристика (ВАХ)

    зависимость выходного напряжения от входного тока. 

    • спектральные характеристики

    зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод.

    • световые характеристики

    зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости.

    • постоянная времени

    это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.

    • темновое сопротивление

    сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

    • инерционность


    Классификация

    • p-i-n фотодиод

    Основная статья: pin диод

    • В p-i-n структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном электрическом поле. Уже при Uобр≈0.1В p-i-n фотодиод имеет преимущество в быстродействии.

    • Фотодиод Шоттки (фотодиод с барьером Шоттки)

    Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.

    • Лавинный фотодиод

    Основная статья: Лавинный фотодиод

    • В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует коэффициент лавинного умножения:





    • Фотодиод с гетероструктурой

    Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещённой зоны. Один слой р+ играет роль «приёмного окна». Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупроводников с различной шириной запрещённой зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток — сложность изготовления.
    19.Коэффициент отражения света, коэффициент поглощения и пропускания света.



    Коэффицие́нт отраже́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела отражать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая  или латинская [1].

    Количественно коэффициент отражения равен отношению потока излучения, отраженного телом, к потоку, упавшему на тело[1]:



    Сумма коэффициента отражения и коэффициентов поглощения, пропускания и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

    В общем случае значение коэффициента отражения тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения. Вследствие зависимости коэффициента отражения поверхности тела от длины волны падающего на него света визуально тело воспринимается как окрашенное в тот или иной цвет.

    Коэффицие́нт поглоще́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела поглощать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая [1].

    Численно коэффициент поглощения равен отношению потока излучения , поглощенного телом, к потоку излучения , упавшего на тело[1][2]:



    В общем случае значение коэффициента поглощения тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения..

    Коэффицие́нт пропуска́ния — безразмерная физическая величина, равная отношению потока излучения , прошедшего через среду, к потоку излучения , упавшего на её поверхность[1]:



    В общем случае значение коэффициента пропускания [2] тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения.

    Коэффициент пропускания связан с оптической плотностью  соотношением:


    20.Устройство и принцип действия оптронов. Структурная схема оптронов.

    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.

    Практически распространение получили лишь оптроны, у которых имеется прямая оптическая связь от излучателя к фотоприемнику и, как правило, исключены все виды электрической связи между этими элементами.

    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.

    Таким образом, в электронной цепи такой прибор выполняет функцию элемента связи, в котором в то же время осуществлена электрическая (гальваническая) развязка входа и выхода.

    В структурной схеме на рис. 1 входное устройство служит для оптимизации рабочего режима излучателя (например, смещения светодиода на линейный участок ватт-амперной характеристики) и преобразования (усиления) внешнего сигнала. Входной блок должен обладать высоким КПД преобразования, высоким быстродействием, широким динамическим диапазоном допустимых входных токов (для линейных систем), малым значением "порогового" входного тока, при котором обеспечивается надежная передача информации по цепи.



    Рис 1. Обобщенная структурная схема оптрона


    Назначение оптической среды - передача энергии оптического сигнала от излучателя к фотоприемнику, а также во многих случаях обеспечение механической целостности конструкции.

    Принципиальная возможность управления оптическими свойствами среды, например, с помощью использования электрооптических или магнитооптических эффектов, отражена введением в схему устройства управления, В этом случае мы получаем оптрон с управляемым оптическим каналом, функционально отличающийся от "обычного" оптрона: изменение выходного сигнала может осуществляться как по входу, так и по цепи управления.

    В фотоприемнике происходит "восстановление" информационного сигнала из оптического в электрический; при этом стремятся иметь высокую чувствительность и высокое быстродействие.

    Наконец, выходное устройство призвано преобразовать сигнал фотоприемника в стандартную форму, удобную для воздействия на последующие за оптроном каскады. Практически обязательной функцией выходного устройства является усиление сигнала, так как потери после двойного преобразования очень значительны. Нередко функцию усиления выполняет и сам фотоприемник (например, фототранзистор).



            Электрические схемы и выходные характеристики оптронов с фоторезистором (а), фотодиодом (б) и фототиристором (в): 1 — полупроводниковый светоизлучающий диод; 2 — фоторезистор; 3 — фотодиод; 4— фототиристор; U и I — напряжение и ток в выходной цепи оптрона. Пунктирные кривые соответствуют отсутствию тока во входной цепи оптрона, сплошные — двум разным значениям входных токов.

    21.Физические основы усиления и генерации лазерного излучения

    Ла́зер (англ. laserакроним от lightamplification bystimulatedemission ofradiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световуюэлектрическуютепловуюхимическую и др.) в энергиюкогерентногомонохроматическогополяризованного и узконаправленного потока излучения.

    Принцип действия

    Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения[8]. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения,поляризацию и фазу[9][10].

    Устройство лазера

    Все лазеры состоят из трёх основных частей:

    • активной (рабочей) среды;

    • системы накачки (источник энергии);

    • оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).


    Активная среда


    В настоящее время в качестве рабочей среды лазера используются различные агрегатные состояния веществатвёрдоежидкоегазообразноеплазма[15]. В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях, определяется распределением Больцмана[16]:



    здесь N — число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии с энергией EN0 — число атомов, находящихся в основном состоянии, k — постоянная БольцманаT — температура среды.

    Система накачки


    Для создания инверсной населённости среды лазера. Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов. Существуют методы накачки (газодинамические, заключающиеся в резком охлаждении предварительно нагретых газовфотодиссоциация, частный случай химической накачки и др.)[

    Оптический резонатор


    Зеркала лазера не только обеспечивают существование положительной обратной связи, но и работают как резонатор, поддерживая одни генерируемые лазером моды, соответствующие стоячим волнам данного резонатора[21], и подавляя другие[16]. Если на оптической длине L резонатора укладывается целое число полуволн n:



    то такие волны, проходя по резонатору не меняют своей фазы и вследствие интерференции усиливают друг друга. Все остальные волны с близко расположенными частотами постепенно гасят друг друга.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


    написать администратору сайта