Главная » Периодика » Безопасность

0123 ... 22

компоненты электронных схем

Использование в научном эксперименте и в различных устройствах таких оптико-электронных и оптических компонентов, как ламп накаливания, ртутных дуговых ламп, фотоэлементов, фоторезисторов, фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей, полупроводниковых фотодиодов и фототранзисторов, двоякопреломляющих кристаллов, люминофоров, фоточувствительных материалов, а также всевозможных оптических стекол, линз, призм и т. п. читателям, как мы полагаем, хорошо известно.

В устройства автоматики и вычислительной техники указанные компоненты в той или иной мере стали внедряться в основном начиная примерно с 50-х годов. Это относится прежде всего к различного рода устройствам световой индикации и фотоввода инфор-.мации в вычислительную машину, элементам памяти, регистрам и бистабильным элементам, а также устройствам распознавания (например, акустическим фильтрам на стекловолокне).

С открытия эффекта стимулированной генерации и усиления в оптическом диапазоне электромагнитных волн или, как принято сейчас называть, лазерного эффекта в газах, твердом теле, жидкостях и особенно в полупроводниках началось как бурное внедрение этого эффекта в технику и технологию, так и дальнейшее развитие уже известных и создание новых компонентов оптических и оптико-электронных схем, компонентов оптико-электроники.

К таким компонентам следует отнести: источники света - газовые и твердотельные лазеры и, что особенно перспективно для автоматики и вычислительной техники, миниатюрные полупроводниковые квантовые генераторы-высокоэффективные преобразователи электрического тока в видимый и инфракрасный свет; приемники лучистой энергии, в особенности полупроводниковые фотодиоды и фототриоды - также малогабаритные эффективные преобразователи световой энергии в электрические сигналы; пассивные и активные волоконные световоды - устройства для передачи и усиле-:ния света; устройства внешней модуляции световой энергии, использующие электрооптические эффекты Поккельса и Керра, магнитооптический эффект Фарадея, механические, электромеханические и электроакустические способы отклонениясветовых пучков. К компонентам оптико-электроники следует отнести обычные (на основе ще-лочно-галлоидных эмульсий) фоточувствительные материалы, а также фотохромные материалы - соединения, обратимо изменяющие свой цвет (спектр поглощения) под действием света определенных длин волн.

2-1290 5

I. источники ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ

Сравнительные характеристики оптических квантовых генераторов. Рассмотрим сравнительные характеристики оптических квантовых генераторов вообще и подробно разберем основные принципы работы и типичные характеристики полупроводниковых лазерных и люминесцентных диодов.

Лазеры, созданные к настоящему времени, условно можно разделить на три вида: твердотельные, газовые и полупроводниковые.

Активными материалами твердотельных лазеров могут быть рубин с присадкой хрома, стекло с примесью неодимия, вольфра-мат кальция с примесью неодимия, нттрий-алюминиевый гранат с примесью неодимия, фтористый кальций с примесью диспрозия и др. Последние три материала находят применение в основном в лазерах непрерывного излучения. Оптическая накачка твердотельных лазеров осуществляется от ртутных, разрядных дуговых и других ламп; в лазерах, работающих в непрерывном режиме, может использоваться солнечная накачка при применении для этой цели параболических фокусирующих устройств. Известны твердотельные лазерные устройства с накачкой от лазерных полупроводниковых диодов, а также с химической накачкой, отличающиеся сравнительно меньшими габаритами из-за отсутствия громоздких источников электропитания.

Рубиновые лазеры дают излучение на длине волны порядка 0,69 мк, стекла с примесью неодимия - на длине волны 1,06 мк, фтористый кальций с примесью диспрозия дает излучение на длине волны порядка 2,36 мк.

Твердотельные лазеры, работающие в импульсном режиме, характеризуются, как правило, низкой частотой следования импульсов (от долей герца до десятков герц). Выходная энергия таких лазеров лежит в области от единиц до сотен и тысяч джоулей. Средняя мощность излучения лазеров, работающих в непрерывном ре-лиме, составляет величины от десятков милливатт до 1 вт. Следует, однако, отметить, что за рубежом уже созданы отдельные твердотельные лазеры со средней мощностью в непрерывном режиме работы порядка 40 вт; к. п. д. твердотельных лазеров, как правило, не превышает 1 %.

В силу перечисленных свойств твердотельные лазеры не нашли в настоящее время широкого применения в оптико-электронных элементах автоматики и вычислительной технике. Однако они уже с успехом используются в промышленности, технологии и медицине.

Газовые лазеры отличаются исключительно высокой когерентностью излучения, стабильностью работы, простотой получения непрерывного режима излучения, возможностью перекрытия широкого участка спектра. В коротковолновом участке спектра возможно получить излучение на длине волны порядка 0,3 ж/с, длинноволновая область простирается вплоть до субмиллиметровых волн. Мощность газовых лазеров составляет, как правило, 1 вт или доли ватта; к. п. д. их, однако, весьма низок (не больше 1%).

Простота и стабильность газовых лазеров в работе, а также возможность получения излучения не только в видимой, но и в ультрафиолетовой области привлекают внимание специалистов автоматики и вычислительной техники при построении устройств индикации и отображения, запоминающих устройств, устройств трехмерного изображения (голографии) и т. п.

Полупроводниковые люминесцентные и лазерные излучатели в отличие от твердотельных и газовых лазеров обладают исключительной компактностью, весьма малой инерционностью и очень высоким к. п. д., который для инжекционных лазеров в пределе может быть близок к 100%- Благодаря таким свойствам полупроводниковые лазерные и люминесцентные диоды особенно подходят для использования в оптических вычислительных машинах, в оптико-электронных устройствах автоматики и вычислительной техники.

Принципы работы полупроводниковых источников света. Рассмотрим подробней принципы работы и основные параметры и характеристики полупроводниковых источников света, включая наиболее подходящие из них для использования при построении логических, запоминающих и прочих оптических и оптико-электронных схем и устройств.

Получение когерентного монохроматического или спонтанного высвечивания (люминесценции) в полупроводниках, как известно, может быть достигнуто следующими основными методами возбуждения (накачки): оптическим возбуждением; воздействием на полупроводник пучком быстрых электронов с достаточно высокой энергией; возбуждением полупроводниковых материалов импульсами электрического поля или, иначе, ударной ионизацией. При определенных условиях, например при подаче на р-п переход импульсов напряжения обратной полярности, по достижении лавинного пробоя може, наблюдаться спонтанное высвечивание, а при создании определенной обратной связи и лазерное высвечивание.

Оптическое возбуждение от обычных источников света нецелесообразно из-за очень малого к. п. д. такого возбуждения. Более подходящим является использование излучения того или иного лазера. При этом значительно большая эффективность получается как за счет того, что излучение лазера когерентно монохроматично, может быть хорошо сфокусировано и дает очень высокую плотность возбуждения, так и -за счет правильного подбора частоты излучения возбуждающего лазера и ширины запрещенной зоны полупроводника.

При возбуждении с помощью пучка быстрых электронов могут быть созданы источники, работающие как в ультрафиолетовой части спектра, так и в далекой инфракрасной области. Однако для построения таких генераторов света требуется создание ускорителей электронов на большие токи; работа возможна, как правило, лишь в импульсном режиме, а коэффициент преобразования не может превышать 40%.

При возбуждении ударной ионизацией возникают лишние носители зарядов. Через небольшой промежуток времени носители реком-бинируют и отдают свою избыточную энергию в виде светового некогерентного или когерентного излучения. Один из подобных первых источников света на арсениде галлия изготовлялся так, что между двумя областями типа р образовывался слой толщиной в 1 жге с большим удельным сопротивлением. При приложении к прибору напряжения 12 в указанный слой пробивается, а образовавшиеся в результате ударной ионизации носители зарядов рекомбинируют. При этом наблюдается высвечивание образца в инфракрасной области спектра. Такой метод возбуждения, по-видимому, позволит использовать целый ряд полупроводниковых материалов без создания р-п перехода, что к тому же позволит получить излучение в видимом спектре.

0123 ... 22