39863

УСТРОЙСТВА ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Созданы волоконные световоды с малыми потерями: затухание сигнала = 1 дБ км в ближней ИК области спектра. Наиболее широкополосны одномодовые световоды в области длин волн 126 132 мкм где материальная дисперсия кварцевых стёкол ближе к 0; полоса пропускания составляет 1011 Гцкм. Важными свойствами такого перехода является наличие обедненной носителями области перехода концентрирующей относительно сильное поле и области поглощения где поглощается падающий свет захватываются фотоны. Структура рn перехода: 1 обедненная область; 2 ...

Русский

2013-10-10

469.5 KB

22 чел.

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Зачет

По дисциплине: Устройства оптоэлектроники

                                  

Проверил: А.Н. Игнатов

Новосибирск, 2013 г

ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ ПО КУРСУ «УСТРОЙСТВА ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ»

Раздел: Физические основы оптоэлектроники

1.Спектры потерь в световоде.

Раздел Излучатели.

2.Назначение и типы линз используемых в излучателях.

Раздел «Фотоприемные приборы и устройства»

3.Устройство и принцип действия фотодиодов на основе p-n перехода.

Раздел «Применение оптоэлектронных приборов и устройств».

4.Устройство и принцип действия оптоэлектронного усилителя.

Раздел: Физические основы оптоэлектроники

1. Спектры потерь в световоде

Волоконные световоды находят широкое применение в системах оптической связи, в вычислительной технике, в датчиках различных физических полей и т. д.

Важнейшими характеристиками световодов, предназначенных для подобных применений, являются оптические потери, обусловленные поглощением и рассеянием света в световоде, и информационная полоса пропускания. В 70-х гг. 20 в. созданы волоконные световоды с малыми потерями: затухание сигнала = 1 дБ/км в ближней ИК области спектра. Типичный спектр оптических потерь в таких световодах представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Спектр оптических потерь в стеклянном волоконном световоде

Материалом для этих световодов служит кварцевое стекло; различия показателей преломления сердцевины и оболочки достигают легированием стекла (например, бором, германием, фосфором). Минимально возможные потери в таких световодах составляют =0,2 дБ/км на волне 1,55 мкм. Полоса пропускания типичных многомодовых волоконных световодов со ступенчатым профилем показателя преломления составляет величину 20 - 30 МГц•км, с градиентным профилем – 400 - 600 МГц•км. Наиболее широкополосны одномодовые световоды в области длин волн 1,26 - 1,32 мкм, где материальная дисперсия кварцевых стёкол ближе к 0; полоса пропускания составляет -1011 Гц•км.

Волоконные световоды с самыми низкими потерями изготавливают методом химического осаждения из газовой фазы. В качестве исходных соединений используются хлориды кремния, германия и др. Получаемая этим методом заготовка диаметром 10-20 мм и длиной 200- 400 мм перетягивается в волоконный световод диаметром 125-150 мкм с одновременным покрытием его защитно-упрочняющей полимерной оболочкой.

Разработаны волоконные световоды более сложной конструкции, например, многослойные световоды. и световоды с эллиптической сердцевиной. Одномодовые световоды последнего типа перспективны для применений, где требуется сохранение поляризации распространяющегося света. Перспективными являются волоконные световоды для среднего ИК диапазона длин волн (2-11 мкм), в который попадают длины волн генерации химических, СО и СО2-лазеров. Имеются материалы, такие, как халькогенидные стёкла, флюоридные стёкла, щёлочно-галоидные кристаллы, в которых оптические потери могут составлять величину =10-1-10-3 дБ/км в указанном диапазоне.

Раздел Излучатели.

2. Назначение и типы линз, используемых в излучателях

На рисунках 2 – 5 представлены различные линзовые соединители, которые согласуют световоды и излучатели.

Рисунок 2. Согласование микролинзой

Рисунок 3. Согласование линзой на световоде

Рисунок 4. Согласование линзой на излучателе

Рисунок 5. Согласование градановой линзой

Приведенные на рисунках примеры линзовых соединителей (микролинз, торцевых линз, граданов) не исчерпывают все возможные способы.

Раздел «Фотоприемные приборы и устройства»

3. Устройство и принцип действия фотодиодов на основе p-n перехода

Упрощенная структура фотодиода на основе p-n перехода приведена на рисунке 6. Такой прибор по существу представляет собой обратно-смещенный р-n переход. Важными свойствами такого перехода является наличие обедненной носителями области перехода, концентрирующей относительно сильное поле, и области поглощения, где поглощается падающий свет (захватываются фотоны).

Рисунок 6. Структура р-n перехода:

1 - обедненная область; 2 - диффузионная область; 3 - область поглощения

Обедненная область образуется неподвижными положительно заряженными атомами доноров в n-области и неподвижными отрицательно заряженными атомами акцепторов в p-области. Ширина обедненной области зависит от концентрации легирующих примесей. Чем меньше примесей, тем шири обедненный слой. Положение и ширина поглощающей области зависит от длины волны падающего света и от материала, из которого сделан диод.

Чем сильней поглощается свет, тем тоньше поглощающая область. Эта область может распространяться полностью на весь диод, если свет поглощается слабо. Когда поглощаются фотоны, электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом создается электронно-дырочная пара. Если такая пара создается в обедненной области, то носители будут разделяться (дрейфовать) под влиянием поля в обедненной области. В результате в цепи нагрузки потечет ток. Если электронно-дырочная пара образуется вне обедненной области, то дырка будет диффундировать в сторону обедненной области. Так как диффузия по сравнению с дрейфом происходит очень медленно, желательно, чтобы большая часть света поглощалась в обедненной области. Таким образом, желательно сделать обедненную область протяженной, уменьшая концентрацию легирующей примеси в n-слое. Это требует такого слабого легирования n-слоя, что его можно считать собственным.

Раздел «Применение оптоэлектронных приборов и устройств».

4.Устройство и принцип действия оптоэлектронного усилителя

Характерным примером оптоэлектронной линейной схемы может служить линейный дифференциальный усилитель (рисунок 7, а). Оптический канал передачи сигналов, построенный на транзисторных оптопарах, должен быть тщательно симметрирован.

Рисунок 7. Аналоговые (линейные) оптоэлектронные микросхемы:

а - параметрический дифференциальный усилитель; б - усилитель с дифференциальным оптроном

Оптопары подобраны с идентичными характеристиками и параметрами. В режиме покоя через СИД оптопар протекают одинаковые токи (=). Фототоки оптопар  и  при этом направлены встречно и не оказывают влияния на выходной усилитель . Возможные временные и температурные изменения электрического статического режима и параметров взаимно компенсируются. С другой стороны, входной сигнал , воздействующий на каскад  передается через оптопару и усиливается усилителем . Нелинейность передаточных характеристик оптопары в таком устройстве не компенсируется.

В результате при большом  коэффициент передачи  оптопары  изменяется, a  оптопары  постоянен, так как ток  фиксирован. Нелинейность усиления такого усилителя составляет 1—5%, стабильность  в течение 100000 ч при 25 °С примерно 5 — 20%.

Значительно повышается качество передачи аналогового сигнала при использовании дифференциальных оптронов. Рассмотрим принцип улучшения линейности передаточной характеристики с помощью дифференциального оптрона на примере схемы рисунка 7, б. СИД оптрона СД освещает два однотипных, имеющих идентичные параметры фотодиода  и . Ток СИД  в такой схеме определяется не только входным током , но и током обратной связи :

= (Iвх+Iф1)= (+),

где  - коэффициент усиления каскада, ,  - коэффициент передачи по току пары СД -  дифференциального оптрона.

Из первого равенства имеем:

=() / l +  

При глубокой обратной связи  > > 1 ток СИД =/ и фототок пары СД -  оптрона = / . Для однотипных пар в дифференциальном оптроне коэффициенты  и  одинаковы и изменяются в равной степени. В результате (t) =  (t) и не зависит от нелинейности и нестабильности характеристик оптрона. Усиление полезного сигнала обеспечивается каскадом . Нелинейность усиления такого усилителя с дифференциальным оптроном составляет 0,01-0,2 %, стабильность  в течении 100 000 ч составляет 0,075 %.

PAGE   \* MERGEFORMAT 3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5317. Проектирование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии 4А 1.3 MB
  Электрические машины имеют чрезвычайно широкое распространение. Они применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в энергетике, на транспорте, в авиации, в морском и речном флоте, медицине, быту и т.д. Нет ни одной о...
5318. Международное инвестирование. Понятие международных корпораций 71 KB
  На рубеже XX-XXI веков развитие национальных экономик и их взаимоотношения (политические, экономические и др.) приобретают совершенно другое качество. Это обусловлено тем, что современное развитие мировой экономики проходит под воздействие...
5319. Фотоны и фотоэффект. Эффект Комптона 100 KB
  Фотоны. В теории равновесного излучения абсолютно черного тела Планка вводится понятие фотона - кванта света или порции излучения, которая может поглощаться или излучаться только целиком. С другой стороны, по средствам фотонов осуществляется...
5320. Проектирование мехатронных систем 1.98 MB
  Анализ и синтез кинематических параметров мехатронных систем При управлении мехатронным модулем с вращательной кинематической парой часто используется привод поступательного действия, в частности, электрогидравлический с гидроцилиндрами. Целесообраз...
5321. Автоматическое регулирование микроклимата в зданиях и сооружениях на базе нечеткой логики 317 KB
  Автоматическое регулирование микроклимата в зданиях и сооружениях на базе нечеткой логики В статье описывается алгоритм управления системой регулирования воздуха в помещениях зданий и сооружений, построенной на базе контроллера с нечёткой логикой. С...
5322. Предмет и задачи курса Экономика предприятия 222.5 KB
  Предмет и задачи курса Экономика предприятия Объектом изучения являются негосударственные производственныеные предприятия. Экономика негосударственных предприятий является наукой. Экономика государственных предприятий определена регламентированными ...
5323. Оптимизация стратегии деятельности предприятия 968 KB
  Оптимизация использования ресурсов Теория спроса и предложения Спрос на товары и услуги, закон спроса Основные проблемы рыночной организации производства: что производить, как производить, для кого производить – решаются через механиз...
5324. Управление финансами дорожно-строительной организации 280.5 KB
  Определение сметной себестоимости и цены строительно-монтажных работ дорожно-строительной организации. Программа строительно-монтажных работ ДСО на рассматриваемые полгода предусматривает ввод в действие двух объектов. Первый объект —...
5325. Моделирование инвестиционной программы предприятия 132.5 KB
  Моделирование инвестиционной программы предприятия Цель работы– определение оптимальной производственной программы предприятия. Тема курса - организация инвестиционной и финансовой деятельности предприятия. Содержание работы До...