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

33517. Периодизация русской литературы ХХ века 14.73 KB
  Периодизация русской литературы ХХ века. Принято считать что первый период развития русской литературы ХХ века начинается с 90х годов ХIХ века и заканчивается в 1917 году. С точки зрения собственно литературной как правильно отмечала эмигрантская критика это было прямое продолжение литературы предреволюционной. Но в ней вызревали качественно новые признаки и великий раскол на три ветви литературы произошел в начале 20х.
33518. Белая гвардия 15.21 KB
  Семья Турбиных типичная интеллигентная семья военных где старший брат полковник младший юнкер сестра замужем за полковником Тальбергом. Алексей Турбин на наш теперешний взгляд очень молод: в тридцать уже полковник. Особенно близок Турбин к Рощину из “Хождения по мукамâ€. В пьесе две сцены когда Алексей Турбин проявляется как характер.
33519. Идейно-тематические и художественные особенности лирики Бродского 16.94 KB
  Однако через постижение этих отдельных пространств и их бытия Бродский выводил общие законы. Бродский являет собой историка межвременных коллизий и событий исследуя которые можно понять общее для всей человеческой истории. Это значит что Бродский приверженец в своей основе классицистической поэтики использует в стихотворениях только ту лексику которая максимально отвечает его замыслу. Бродский может изменять по своему желанию устойчивые словоформы отрекается от постоянства метра в одном стихотворении.
33520. Ведущие темы в лирике Есенина 22.6 KB
  Ведущие темы в лирике Есенина. Сложная и интересная судьба поэта множество путешествий смена мест и образа жизни в сочетании с творческим подходом к осмыслению действительности обусловили богатство и разнообразие тем и мотивов лирики Есенина. Время творчества Есенина время крутых поворотов в истории России. Есенина.
33521. Тема революции в поэме С. Есенина «Анна Снегина» 18.29 KB
  Есенина Анна Снегина. Поэма Анна Онегина написанная незадолго до смерти поэта в 1924 году явилась своеобразным обобщением размышлений Есенина об этом драматическом и противоречивом времени и вобрала в себя многие мотивы и образы его лирики. Это ощущение усиливается в поэме тем что на её страницах в качестве олицетворения его юности появляется Анна Снегина – первая любовь девушка в белой накидке которая ласково сказала: Нет Несмотря на былые воспоминания автор прекрасно понимает что прошлое вернуть невозможно:...
33522. Творчество В.Набокова (роман по выбору). Проблематика, конфликты, герои 16.5 KB
  Защита Лужина Роман Защита Лужина привлекает и своим заглавием и своим содержанием писатель неоднократно объяснял его замысел: Русское заглавие этого романа – Защита Лужина – относится к шахматной защите будто бы придуманной моим героем сочинять книгу было нелегко надо был ввести роковое предназначение в жизнь Лужина и придать очертанию сада поездки событиям подобие замысловатой игры а в последних главах – настоящей шахматной атаки разрушающей до основания здоровье моего героя. У Лужина неожиданно счастливая семейная жизнь...
33523. Особенности композиции и система образов в романе М. Булгакова «Мастер и Маргарита» 22.64 KB
  Особенности композиции и система образов в романе М. Булгакова Мастер и Маргарита Роман в романе М. Сожженное в печи произведение Мастера так называемый внутренний роман возрождается будто Феникс из пепла так как он связан с персонажами романа внешнего. С внешним романом его соединяет образ Алоизия Могарыча предателя которого Мастеру изображать неинтересно поэтому что уже был в его творчестве Иуда.
33524. Проблематика романа «Мастер и Маргарита» 16.97 KB
  Более всего тема угнетения преследования неординарной талантливой личности государством присутствует в судьбе Мастера. Маргарита громит квартиру критика Латунского погубившего Мастера но отвергает предложение уничтожить своего врага. После бала у Сатаны героиня в первую очередь просит за страдающую Фриду забывая о собственном страстном желании вернуть Мастера. Именно Воланд приводит Мастера и его подругу в их вечный дом даруя им покой.
33525. Тема репрессий в поэме А.Ахматовой «Реквием» 17.6 KB
  Ахматова начала писать свою поэму Реквием в 1935 году когда ее единственный сын Лев Гумилев был арестован. Как и другие матери жены сестры Ахматова много часов стояла в молчаливой очереди что вела к петербургской тюрьме Кресты. Только в 1940 году Ахматова завершила свое произведение опубликовано же оно было в 1987 году много лет спустя после смерит автора. Ахматова рассказывает об истории создания поэмы.