Слаботочка Книги

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

Высокая плотность записи обусловливает перспектианость этих устройств в архивных ЗУ 5ВМ. и информационно-поисковых систем, к которым многократно обращается большое число пользователей. Дополнительные достоинства оптической памяти - это большой срок хранения информации, повышенная скорость информационного обмена, возможность записи аналоговой информации и двумерных образов. Физической основой оптической памяти является тепловое воздействие на вещество лазерного луча, иногда голографические эффекты. Проводятся исследования ЗУ с параллельной записью массивов информации на фотопластинках в вице голограмм. Начато промышленное производство оптических дисковых накопителей с последовательной (побитовой) записью информации на поверхность вращающегося диска остросфокусированным лучом лазера.

Оптическая вычислительная техника - комплекс оптоэлектронных аппаратурных средств, позволяющих эффективно осуществлять математические и логические действия с информацией, представленной в оптической форме. Алгоритмическая основа этого направления связана со способностью линейных оптических систем осуществлять некоторые аналоговые математические преобразования (в частности, двумерное интегральное преобразование Фурье и операцию свертки), а также параллельную обработку больших массивов цифровой информации.

На этой основе проектируются оптические аналоговые и цифровые процессоры, но реальные успехи пока еще незначительны. Принципиальным конструктивно-технологическим достижением, - способным видоизменить оптическую вычислительную технику, является интегральная оптика, в рамках которой создаются приборы и устройства на основе тонкопленочных плоских диэлектрических волноводов.

Оптоэлектронные датчики - приборы, преобразующие внешние физические воздействия: температуру, давление, влажность, ускорение, магнитное поле и другие, в электрические сигналы. Действие этих приборов основано на различных принципах. К датчикам относятся формирователи сигналов изображения и оптопары с открытым оптическим каналом. Особенно интенсивное развитие этого направления связано с появлением волоконно-оптических датчиков, в которых внешние воздействия изменяют характеристики оптического сигнала, распространяющегося по волокну. Большая протяженность волокна делает эти устройства исключительно чувствительными. Дополнительным и очень важным достоинством волоконно-оптических датчиков является то, что чувствительный элемент (волокно) одновременно является и каналом передачи информации к месту ее обработки.

Прочие оптоэлектронные приборы. К ним следует отнести дискретные светодиоды, фотодиоды, фоторезисторы, модуляторы световых лучей и другие, не вошедшие в перечисленные выше разделы.

\ ЧАСТЬ I

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

В соответствии с общей характеристикой, данной во введении, физические основы оптоэлектроники как научной дисциплины составляют такие определяющие явления и процессы, как генерация и детектирование оптического излучения, преобразование поля-излучения в веществах с управляемыми оптическими свойствами,, распространение оптических сигналов в неоднородных средах,, распространение и преобразование электрических сигналов в электронных схемах (эти процессы, относящиеся к традиционной электронике и радиотехнике, здесь не анализируются).

Описанию! перечисленных процессов посвящены гл. 1-3, в гл. 4 для полноты изложения кратко рассмотрены вопросы метрологии поля оптического излучения, а также особенности зрительного восприятия человека, определяющие психофизиологические аспекты оптоэлектроники. Представлялось правильным начать с анализа распространения излучения как с процесса наиболее общего и в той или иной степени входящего во все остальные.

Там, где это возможно, приводились простые математические соотношения, пригодные для численных оценок; в то же время представлялось необходимым показать всю сложность рассматриваемых проблем и соответствующих математических моделей до-введения в них упрощений. Выводы и объяснения уравнений опускались - все это содержится в обширной и доступной литературе, к которой можно обратиться при желании углубленного» ознакомления с частными вопросами.

В целях упрощения понятие «электромагнитное излучение оптического диапазона спектра» заменяется как синонимами понятиями «излучение», «свет»! «электромагнитная волна»; в одинаковом смысле используются термины «квант» и «фотон».

В литературе по оптике выработалась традиционная методика, по которой рассмотрение явлений начинается с описания исторически первого, классического в данной области опыта (опытов Юнга, Френеля, Майкельсона и др.); эта литература изобилует специфическими оптическими понятиями и терминами. В данной книге по возможности принимался подход, подобный используемому при описании устройств радиотехники и электрони-

1си. «Перевод» физики оптических явлений на язык радиоэлектроники - одна из задач первой части книги. Можно предположить, что развитие оптоэлектроники поможет выработать (и закрепить терминологическое единство в описании оптических и электронных процессов, совместно используемых для целей информатики.

Глава 1

ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ КАК АППАРАТ АНАЛИЗА ОПТИЧЕСКОГО ТРАКТА ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ

Во всех оптоэлектронных устройствах важнейшим процессом является передача оптического сигнала от источника к фотоприемнику, описание которой требует привлечения волновой теории электромагнитного излучения. В ряде простейших случаев удается использовать лучевую теорию и модели геометрической оптики.

1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Оптический диапазон спектра составляют электромагнитные колебания с длиной волны от 1 мм до 1 нм (рис. 1.1). Прогресс радиотехники привел к тому, что длинноволновый край этого диапазона (0,1 ... 1 мм) отнесен к субмиллиметровым радиоволнам, а коротковолновый (1 ... 10 нм) -к мягкому рентгеновскому излучению. Практическая «заселенность» оптического диапазона излучателями и фотоприемниками (рис. 1.2) ведет к дальнейшему су-

РентгетВ-

сш .излучение

Оптический диапазон

Радио-долны

А, тп

0,28 0,Ш 0,38 0,78 J,0

УФ-С УФ-В уф-А Видитш ИН-А ИК-В ШС

1нп 10МП 0,1iK/i IhKH Юти 0,1 тм А -1- "

Vfy 10

ID"

ер,эВ W

Рис. 1.1. Оптический диапазон спектра электромагнитных волн

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