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

17 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

25631. Диффузная эндокринная система 32 KB
  Среди одиночных гормонпродуцирующих клеток различают две самостоятельные группы: I нейроэндокринные клетки APUDсерии нервного происхождения; II клетки не нервного происхождения. Эти клетки характеризуются способностью поглощать и декарбоксилировать предшественники аминов англ. Согласно современным представлениям клетки APUDсерии развиваются из всех зародышевых листков и присутствуют во всех тканевых типах: 1 производные нейроэктодермы {нейроэндокринные клетки нейросекреторных ядер гипоталамуса эпифиза мозгового вещества...
25632. Железистые эпителии 42.5 KB
  Железистый эпителий состоит из железистых или секреторных клеток гландулоцитов. Они накапливаются в местах наибольшей активности клеток т. В цитоплазме клеток обычно присутствуют секреторные гранулы размер и строение которых зависят от химического состава секрета. Цитолемма имеет различное строение на боковых базальных и апикальных поверхностях клеток.
25633. Желудок 56 KB
  Пепсин вырабатывается в неактивной форме в виде пепсиногена который в содержимом желудка в присутствии соляной кислоты превращается в активную форму пепсин. Слизь покрывая поверхность слизистой оболочки желудка предохраняет ее от действия хлористоводородной кислоты и от повреждения грубыми комками пищи. Механическая функция желудка состоит в перемешивании пищи с желудочным соком и проталкивания переработанной пищи в двенадцатиперстную кишку. В осуществлении функции принимает участие мускулатура желудка.
25634. Желчь 31 KB
  К ним относятся внутрипеченочные и внепеченочные желчные протоки. К внутрипеченочным принадлежат междольковые желчные протоки а к внепеченочным правый и левый печеночные протоки общий печеночный пузырный и общий желчный протоки. Междольковые желчные протоки вместе с разветвлениями воротной вены и печеночной артерии образуют в печени триады. На этом основании предполагают что междольковые желчные протоки выполняют секреторную функцию.
25635. ИММУННАЯ СИСТЕМА И КЛЕТОЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ИММУННЫХ РЕАКЦИЯХ 37 KB
  Иммунная система объединяет органы и ткани в которых происходит образование и взаимодействие клеток иммуноцитов выполняющих функцию распознавания генетически чужеродных субстанций антигенов и осуществляющих специфическую реакцию. Иммунитет это защита организма от всего генетически чужеродного микробов вирусов от чужих клеток или генетически измененных собственных клеток. В организме взрослого человека она представлена красным костным мозгом источником стволовых клеток для иммуноцитов центральным органом лимфоцитопоэза...
25636. Иммунокомпетентные клетки 51 KB
  Лимфоциты Популяция лимфоцитов функционально неоднородна. Различают три основных вида лимфоцитов: Тлимфоциты Влимфоциты и так называемые нулевые лимфоциты 0клетки. Олимфоциты нулевые лишены поверхностных маркеров и рассматриваются как резервная популяция недифференцированных лимфоцитов. Тлимфоциты самая многочисленная популяция лимфоцитов составляющая 70 90 лимфоцитов крови.
25637. Волокнистые соединительные ткани 45 KB
  Клетки. Основными клетками соединительной ткани являются фибробласты макрофаги тучные клетки адвентициальные клетки плазматические клетки перициты жировые клетки а также лейкоциты мигрирующие из крови; иногда пигментные клетки. Фибробласты фибробластоциты клетки синтезирующие компоненты межклеточного вещества: белки коллаген эластин протеогликаны гликопротеины. Среди мезенхимных клеток имеются стволовые клетки дающие начало дифферону фибробластов: стволовые клетки полустволовые клеткипредшественники...
25638. КОЖА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ 95 KB
  Толщина кожи вирьирует от 05 до 5 мм. У взрослого человека в сосудах кожи может задерживаться до 1 л крови. В некоторых участках кожи например на голове и кистях на 1 см2 ее поверхности насчитывается до 300 чувствительных точек. В первые недели развития зародыша эпителий кожи состоит всего из одного слоя плоских клеток.
25639. Кора большого мозга 56 KB
  Наиболее поверхностного и глубокого слоев коры. Для коры характерно расположение клеток и волокон слоями. Цитоархитектоника коры большого мозга.