Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства. Энергетический расчет пирометра (фотометра)
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации.
Оптика - раздел физики, в котором изучается природа оптического излучения, его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
Оптоэлектроника - направление электроники, охватывающее вопросы использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации. Оптоэлектроника представляет собой этап развития радиоэлектроники и вычислительной техники, отличительной чертой которого является использование для обработки информации оптического излучения.
К оптическому излучению относится электромагнитное излучение в видимом диапазоне (с длиной волны 0,4 - 0,8 мкм), инфракрасном (0,8 - 103 мкм) и ультрафиолетовом (10-3- 0,4 мкм).
К основным элементам оптоэлектронных устройств относятся источники излучения (некогерентного или когерентного), оптические среды и приемники излучения. Эти элементы в разных устройствах применяются как в виде различных комбинаций, так и виде автономных устройств и узлов с самостоятельными частными задачами. Оптоэлектроника отличается от вакуумной и полупроводниковой электроники наличием в цепи сигнала оптического звена (оптической связи). Поэтому достоинства оптоэлектроники определяются, в первую очередь, преимуществами оптической связи по сравнению с электрической, а так же теми возможностями, которые открываются в результате использования разнообразных физических явлений, обусловленных взаимодействием излучения с веществом. Оптоэлектроника синтезирует достижения ряда областей науки и техники: полупроводниковой электроники, квантовой электроники, физики фотоэлектронных приборов, электрооптики, нелинейной оптики, волоконной оптики, голографии, ИК техники и светотехники.
Принципиальные достоинства оптоэлектронных приборов и устройств определяется следующими основными особенностями.
. Частота электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне много больше, чем в радиодиапазоне, а именно 1013-1015 Гц, что обуславливает высокую скорость передачи информации и высокую информационную емкость оптического канала связи. Для передачи обычного телевизионного сигнала требуется полоса частот ?? ? 8 МГц. В метровом диапазоне при значении несущей частоты ?0 ? 300 МГц, можно передать около десятка ТВ программ. В оптическом диапазоне при том же соотношении ??/?0 их число возрастает в миллион раз.
. Оптическое излучение имеет малую длину волны (? 1 мкм). Следствием этого является: высокая плотность записи информации в оптических ПЗУ (?108 бит/см2); высокая концентрация оптического излучения в пространстве, так как минимальный объем, в котором может быть сфокусировано электромагнитного излучение составляет ~?3. По этой причине световоды могут быть на несколько порядков меньше волноводов СВЧ. Угловая расходимость луча ??, для оптического диапазона нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности с угловым расхождением ? 1'. И если в СВЧ ( ? = 1 м) для этого необходима антенна диаметром - 100 м, то в оптическом - сферическое зеркало или линза меньших размеров.
. Возможность двойной - временной и пространственной модуляции светового луча, что позволяет проводить параллельную обработку информации и получать объемное голографическое изображение.
. Передача информации осуществляется фотонами - электрически нейтральными частицами, вследствие чего реализуется:
а) идеальная гальваническая развязка входа и выхода;
б) однонаправленность потока информации и отсутствие обратной связи;
в) невосприимчивость оптических каналов к воздействию электромагнитных полей, т.е. помехозащищенность, исключение наводок и паразитных связей;
г) многоканальность связи;
д) малое затухание сигналов.
. Возможность непосредственного оперирования со зрительно воспринимаемыми образами, восприятия на входе и визуализации на выходе.
3. История оптоэлектроники
История оптоэлектроники опирается на ряд фундаментальных физических открытий в области генерации, приема и преобразования светового излучения.
К основным вехам в предыстории и развитии оптоэлектроники можно отнести следующие:
- Дж. Максвелл получил основные уравнения электродинамики, позволившие успешно объяснить совокупность опытных данных по оптике - явлений дифракции, интерференции, рефракции и др., полученные ранее Х. Гюйгенсом, И. Ньютоном, О. Френелем, М. Фарадеем и др.
- У. Смит экспериментально обнаружил явление фотопроводимости (внутренний фотоэффект).
- Керр обнаружил электрооптический эффект.
- А.Г. Столетов получил полное описание внешнего фотоэффекта, Ульянин обнаружил ЭДС в Se при облучении.
- А.Эйнштейн предложил квантовую теорию фотоэффекта.
- Гертель и Эльстед создали фотоэлемент.
- А. Эйнштейн теоретически предсказал возможность получения вынужденного (индуцированного) излучения.
- Начато промышленное производство фотоприемников на основе TaS.
- О. Лосев обнаружил свечение в контакте металл - SiC (инжекционную электролюминесценцию).
- Ж. Дестрио обнаружил свечение в кристалле ZnS по действием электрического поля (предпробойную электролюминесценцию).
- В. А. Фабрикант сформулировал условия создания отрицательного поглощения (усиления излучения).
- Д. Габор обосновал основные принципы голографии.
Начало 50-х. Созданы фотодиоды и фототранзисторы на р-п переходах
- А.М. Прохоров, Н.Г. Басов и Ч. Таунс (США) создали молекуля?/p>