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

19 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

19121. Экономические и экологические проблемы развития ядерной энергетики 194.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 1 Экономические и экологические проблемы развития ядерной энергетики Энергетика играет решающую роль в обществе обеспечивая социальное развитие и экономический рост. Предоставление адекватных энергетических услуг по доступным ценам надежным и безопасным ...
19122. Общие вопросы разработки проекта 76.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 2 Общие вопросы разработки проекта Проектирование совокупность логических и математических процессов поиска выбора и обоснования оптимального варианта принципа действия и конструкции разрабатываемого изделия отвечающего требованиям технического зада...
19123. Основные типы реакторов, принятые к промышленной реализации 4.43 MB
  ЛЕКЦИЯ 3 Основные типы реакторов принятые к промышленной реализации Классификация ядерных энергетических реакторов По физическим признакам различают реакторы на тепловых промежуточных и быстрых нейтронах; реакторы уранового плутониевого или ториевого цикла;
19124. Требования к твэлам и ТВС. Классификация твэлов 2.22 MB
  ЛЕКЦИЯ 4 Требования к твэлам и ТВС. Классификация твэлов Главной составляющей частью активной зоны любого гетерогенного реактора являются твэлы выделяющие энергию в виде тепла отводимую теплоносителем. Геометрические размеры и форма твэлов могут быть самыми разн
19125. Материалы тепловыделяющих элементов ЯЭУ 961.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 5 Материалы тепловыделяющих элементов ЯЭУ Выбор материалов является существенным этапом в проектировании твэлов. Материалы наряду с конструкцией и условиями эксплуатации определяют работоспособность и надежность твэла. При выборе материалов твэла должн
19126. ПРОБЛЕМЫ ОБОСНОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТВЭЛОВ 235.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 6 ПРОБЛЕМЫ ОБОСНОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТВЭЛОВ Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов эксплуатируются в сложных условиях совместного воздействия радиационного излучения высоких температур механических напряжений и коррозионных сред. Выбор надежно...
19127. ПРОБЛЕМЫ ОБОСНОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТВЭЛОВ 6.67 MB
  ЛЕКЦИЯ 7 ПРОБЛЕМЫ ОБОСНОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТВЭЛОВ Работоспособность конструкции твэла может быть обоснована экспериментальными или расчетными методами. Экспериментальные методы обоснования работоспособности и надежности конструкции требуют массового обл
19128. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПО ВЫСОТЕ АКТИВНОЙ ЗОНЫ 134 KB
  ЛЕКЦИЯ 8 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПО ВЫСОТЕ АКТИВНОЙ ЗОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ Создание реактора с максимально выровненным и стабильным полем энерговыделения в течении кампании одна из важнейших задач оптимизации активной зоны. Выра...
19129. Компоновка и геометрические характеристики ТВС 608 KB
  ЛЕКЦИЯ 9 Компоновка и геометрические характеристики ТВС Для удобства перегрузок топлива транспортировки и организации охлаждения твэлы объединяются в ТВС. Основные требования к ТВС заключаются в следующем: обеспечение установленного физическим расчетом ре