|
| |
|
Слаботочка Книги тоэлектрические приборы с р-п-переходом (фотодиоды, фототранзисторы, солнечные преобразователи) появились в начале 1950-х гг. Наконец, приборы с зарядовой связью - основа современных формирователей сигналов изображения - запатентованы в 1969 г. Возможность распространения света по криволинейной траектории благодаря использованию эффекта полного внутреннего отражения продемонстрирована Дж. Тиндалем в 1870 г.; в середине 1950-х гг. созданы гибкие двухслойные стеклянные световоды (зарождение волоконной оптики); в 1966 г. высказана идея волоконно-оптической связи, а в 1970 г. получены первые высокочистые волокна, пригодные для этой цели. Взаимосвязанная пара излучатель - фотоприемник и схемотехника оптопар предложены в 1955 г.; промышленный выпуск оптопар для электрической развязки начат с 1965 г. Исследовательские работы в области устройств оптической памяти ведутся с 1967 г.; промышленный выпуск оптических дисковых накопителей начат в 1984 г. Определяющие концепции интегральной оптики - наиболее вероятной конструктивно-технологической основы оптической вычислительной техники будущего - сформулированы в 1969-1970 гг. Принимая во внимание решающую роль лазера в становлении оптоэлектроники, следует считать формальным годом ее рождения год 1960-й. Однако еще раз подчеркнем, что истоки отдельных направлений оптоэлектроники относятся к концу XIX века, а большинство технических решений, определивших лицо современной оптоэлектроники, - к 1970 г. Оптоэлектроника - это раздел электроники, связанный главным образом с изучением эффектов взаимодействия между электромагнитными волнами оптического диапазона и электронами вещества (преимущественно твердых тел) и охватывающий проблемы создания оптоэлектронных приборов (в основном методами микроэлектронной технологии), в которых эти эффекты используются для генерации, передачи, обработки, хранения и отображения информации. Согласно этому определению оптоэлектронику как научно-техническое направление характеризуют три отличительные черты. 1. Физическую основу оптоэлектроники составляют явления, методы, средства, для которых принципиальны сочетание и неразрывность оптических и электронных процессов. В широком смысле оптоэлектронное устройство определяется как прибор чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, ИК- или ультрафиолетовой (УФ) областях; или прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение в этих же спектральных областях. В математических моделях оптоэлектронных процессов используются функции Ф {L, Е), где L и Е - оптическое и электрическое возмущения. Наиболее специфичными и характерными являются преобразования вида E-L (в излучателях) L-E (в фотоприемниках), а также L-U (при распространении излучения). 2. Техническую основу оптоэлектроники определяют конструктивно-технологические концепции современной микроэлектроники: миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных плоскостных конструкций; интеграция элементов и функций; ориентация на специальные сверхчистые материалы; применение методов групповой обработки изделий, таких как эпитак-сия, фотолитография, нанесение тонких пленок, диффузия, ионная имплантация, плазмохимия и др. 3. Функциональное назначение оптоэлектроники состоит в решении задач информатики: генерации (формировании) информации путем преобразования различных внешних воздействий в соответствующие электрические и оптические сигналы; переносе информации; переработке (преобразовании) информации по заданному алгоритму; хранении информации, включающем такие процессы, как запись, собственно хранение, неразрушающее считывание, стирание; отображении информации, т. е. преобразовании выходных сигналов информационной системы к воспринимаемому человеком виду. Для решения перечисленных задач в оптоэлектронных устройствах используются информационные сигналы в оптической и электрической формах, но определяющими являются оптические сигналы - именно этим достигается то качественно новое, что отличает оптоэлектронику. Нередко оптоэлектронное (по форме) устройство фактически является оптическим, а электроника выполняет хотя и необходимые, но все же вспомогательные, «обслуживающие» функции. Иными словами, в этих случаях «оптоэлектроника - это оптика, управляемая электроникой». Отметим, что переход к оптическим системам (с «отодвиганием» электроники на периферию) приводит к максимальному эффекту. В конкретном оптоэлектронном приборе перечисленные отличительные признаки могут быть воплощены в большей или меньшей степени, «о наличие всех трех составляющих данного выше определения представляется обязательным. Приведем два примера. Традиционные электровакуумные приборы - электронно-лучевые трубки, фотоэлектронные умножители, для которых существенны и оптические, и электронные информационные сигналы, тем. не менее не относят к оптоэлектронным, так как не удовлетворяется второе условие. Их современные аналоги - газоразрядная плазменная панель и полупроводниковый лавинный фотодиод- типичные изделия оптоэлектроники. Лазеры - это основа оптоэлектроники, но те из них, которые предназначены для технологических, энергетических, медицинских целей, вряд ли целесообразно относить к изделиям оптоэлектроники. Строго провести разграничение во всех без исключения конкретных случаях н€ удается} (и вряд ли это необходимо), но в целом определение позволяет правильно очертить круг рассматриваемых изделий. Оптоэлектроника синтезирует достижения ряда областей науки и техники, среди которых прежде всего должны быть выделе- ны квантовая электроника, полупроводниковая техника, оптика, составляющие фундамент нового направления. Необходимо также назвать фотоэлектронику, электрооптику, светотехнику, нелинейную оптику, голографию, волоконную оптику, ИК-технику. Принципиальные достоинства оптоэлектроники обусловлены специфическими особенностями электромагнитных волн оптического диапазона, отличительными свойствами фотона как носителя информации и проявляются в следующих основных моментах. Высокочастотность. Частота оптических колебаний на 3-5 порядков выше, чем в освоенном радиотехническом диапазоне, - это значит, что во столько же раз возрастает и пропускная способность оптического канала передачи информации. Острая фокусировка. Согласно дифракционной теории поток излучения принципиально может быть сфокусирован до пятна с поперечным линейным размером около 1/2; таков же и минимальный шаг дискретности оптических воздействий. Это значит, что максимальная плотность записи оптической информации может достигать 4д2 т. е. 10... 10° бит/см. Направленность. Угловая расходимость луча, обусловленная фундаментальными дифракционными пределами, а~Х/А, где А - апертура излучателя. Вследствие малости % при практически реализуемых значениях А удается снизить а до уровня десятков и единиц угловых секунд. Развязка. Использование в качестве носителя информации электрически нейтральных фотонов обусловливает бесконтактность оптической связи. Отсюда следуют идеальная электрическая развязка входа и выхода; однонаправленность потока информации и отсутствие обратной реакции приемника на источник; помехозащищенность оптических каналов связи; скрытность передачи информации по оптическому каналу связи. Визуализация. Оптоэлектроника, охватывающая видимый диапазон электромагнитного спектра, позволяет преобразовывать информацию, представленную в электрической форме, в зрительную, т. е. в форму, наиболее удобную для восприятия. Фоточувствительность. Это свойство делает возможным восприятие образов, т. е. преобразование поля излучения в адекватное ему электрическое информационное воздействие (обычно в видеосигнал). При этом в отличие от человеческого глаза опто-электронный прибор может «видеть» предметы в любой требуемой области оптического спектра. Пространственная модуляция. Электронейтральность фотонов обусловливает невзаимодействие (несмешиваемость) отдельных оптических потоков. Вследствие этого, в отличие от электрического тока, поток фотонов может быть промодулирован не только во времени, но и в пространстве, что открывает огромные возможности для параллельной обработки информации - непременного условия создания сверхпроизводительных вычислительных систем. Специфика оптоэлектроники обусловливает и ряд недостатков присущих оптоэлектронным приборам. 0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |