Что такое электроника? Принципы работы
радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические
колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...
Дата обновления
08.06.2016
Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Интегральная оптика
Почему интегральная и что это значит? Ведь оптика как отрасль
науки и техники занимается линзами, зеркалами, призмами и тому
подобными хорошо знакомыми нам предметами. Путь к интегральной
оптике был недолгим и вполне логичным. Как только научились
изготавливать миниатюрные источники некогерентного и когерентного
света (светодиоды и полупроводниковые лазеры), как только научились
делать крохотные полупроводниковые фотоприемники, явилась мысль
объединить их с другими, оптическими деталями - модуляторами,
световодами (оптическими волноводами), линзами и тому подобными
устройствами, с одной стороны, и электронными схемами-с другой.
Объединение - значит интеграция, отсюда и произошло название.
Возможно и другое толкование. Интегральная микросхема отличается
тем, что все ее элементы изготавливаются на одном кристалле в едином
технологическом процессе. То же самое относится и к элементам
интегральных оптических и оптоэлектронных систем.
Интегральная схема оптического диапазона
Простейший представитель интегральной оптоэлектроники -оптрон
выполнен на одной пластинке кремния. В середине ее проходит световод
тонкий канал с отражающими свет стенками. А по краям канала
расположены светодиод и фотодиод. Ширина световода может быть малой:
до половины длины световой волны. Его свойства во многом подобны
свойствам волновода, используемого в технике СВЧ.
Мы привыкли к тому, что свет распространяется прямолинейно. Но это
совершенно не относится к световоду. Его можно изгибать,
разветвлять, отбирать из него часть энергии. С помощью световодов
можно смешивать два оптических сигнала. В принципе весь арсенал
средств и изделий СВЧ волноводной техники можно перенести в
оптический диапазон. Можно сделать, например, оптический приемник
гетеродинного типа миниатюрных размеров.
Обычные фотоприемники: фотоэлементы, фотоумножители, фотодиоды и
фототранзисторы реагируют на очень широкий диапазон частот
оптического излучения. Это хорошо, если необходимо регистрировать
дневной свет или свет, излучаемый лампой накаливания -светодиодом.
Но когда нужно принять сигнал лазера - передатчика с высокой
монохроматичностью излучения, широкий диапазон фотоприемника совсем
не нужен и даже вреден: будет мешать посторонняя засветка
фотоприемника, скажем дневным светом. В светодальномере, например,
для ослабления помех от дневного света перед фотоприемником
устанавливают узкополосные интерференционные светофильтры -
оптические стекла с нанесенными на них тонкими пленками. Фильтр
пропускает преимущественно свет с длиной волны используемого лазера
и задерживает свет с другими длинами волн. Фотоприемник тем не менее
остается обычным "детекторным" приемником и реагирует на все
сигналы, пропущенные к нему фильтром.
Оптический гетеродинный приемник отличается принципиально. В нем на
нелинейный элемент-фотоприемник, фотодиод подаются два сигнала:
принимаемый и сигнал лазерного гетеродина. Частота гетеродина
выбирается несколько отличной от частоты принимаемого сигнала, и в
фотодиоде выделяется сигнал биений, который и поступает в усилитель.
Полоса частот сигналов, на которые реагирует оптический гетеродинный
приемник, намного уже полосы частот обычного приемника с любыми
оптическими фильтрами на входе. Это дает определенные преимущества.
Приемник практически полностью перестает реагировать на посторонние
сигналы. Дневной свет теперь ему не мешает. Лазерный локатор,
например, будет реагировать только на отражение "своего" сигнала, не
страшась никаких помех.
Оптический гетеродинный приемник делали и не используя интегральную
оптику. Можно на фотокатод диода или фотоумножителя сфокусировать
два сигнала: принимаемый и местного лазера-гетеродина. Но юстировка
такой системы очень сложна, ведь фазы оптических сигналов должны
быть одинаковыми на всей поверхности фотокатода. В интегральном
исполнении подобные приемники получаются и проще и гораздо
миниатюрнее. Да и возможностей больше в световоде можно
выгравировать и фильтры, и другие необходимые детали.
Интегральная оптика прекрасно сочетается с микроэлектроникой, и это
открывает новые широчайшие возможности. Мы уже говорили о
телевизионном экране, составленном из тысяч светодиодов. Управлять
светодиодами должна электроника.
Давно уже поговаривают об использовании оптического диапазона в
вычислительной технике. Ведь объемы перерабатываемой информации и
быстродействие непрерывно растут, а по обоим этим параметрам
интегральные оптические системы стоят на одном из первых мест. Вот
пример. Чтобы выполнить преобразование Фурье обычным способом, надо
взять многие тысячи отсчетов сигнала и произвести миллионы операций
умножения, сложения и усреднения. Оптический процессор позволяет
выполнять преобразование Фурье практически мгновенно. Информация
записывается на оптическом носителе (пленке, жидком кристалле или
жгуте оптических волокон) в виде светового изображения, перед
которым помещена линза. Фокусируя изображение, линза осуществляет
двумерное Фурье преобразование информации.
Новое чаще всего появляется на стыке наук и технологий, поэтому
синтез оптики и электроники в интегральной оптоэлектронике сулит еще
немало нового и интересного.
