ванными из эмиттера, прошедшими базу и достигшими коллектора. Несмотря на то,-что переход база-эмиттер включен в прямом направлении, количество дырок, инжектированных эмиттером в базу, невелико, а сам ток фототранзистора мал. Объясняется это накоплением дырок в базе, вызванным отсутствием компенсирующих отрицательных зарядов, которые не могут туда поступать из-за ее

При освещении области базы в ней образуются электронно-дырочные пары. При этом дырки диффундируют к эмиттеру и коллектору. Дырки, прошедшие в область коллектора, увеличивают его ток, а электроны создают избыточный нескомпенсированный отрицательный объемный заряд, уменьшающий величину потенциального барьера перехода эмиттер - база и вызывающий резкое увеличение потока дырок из эмиттера в область базы. Эти дырки, пройдя базовую область, попадают в коллектор и еще больше увеличивают ток фототранзистора, причем ток за счет дырок, вызванных возникновением отрицательного объемного заряда в области базы, превосходит значение тока, определяемого дырками, генерированными в базе первоначально под действием света. Так происходит усиление фототока. Этим и объясняется большая интегральная чувствительность фототранзистора по сравнению с фотодиодом.

Существуют конструкции фототранзисторов, у которых освещается либо область коллектора, либо область эмиттера. Для нормальной работы таких фототранзисторов необходимо, чтобы толщина области коллектора или эмиттера была значительно меньше длины свободного пробега электронов в них.

Выходные характеристики фототранзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и «оборванной» базой при освещении базы, аналогичны выходным характеристикам обычного транзистора, работающего в режиме с общим эмиттером. При этом роль управляющих базовых токов играют световые сигналы разной интенсивности. По семейству выходных характеристик фототранзистора можно определить его интегральную чувствительность 5ф=Д/ф/АФ.

При наличии базового вывода его можно использовать для выбора начального режима и стабилизации рабочей точки фототранзистора при изменении окружающей температуры. Влияние окружающей температуры в первую очередь сказывается на величине темнового тока. По частотным характеристикам фототраизисторы уступают фотодиодам. Постоянная времени фототраизистора по схеме с общим эмиттером увеличивается приблизительно в (P-f-1) раз, где Р - коэффициент усиления фототраизистора в режиме с общей базой.

Другие фоточувствительные приборы. В настоящее время большое внимание уделяется разработке быстродействующих приемников света. Существует ряд направлений получения быстродействующих светочувствительных приборов. Повышения быстродействия фотодиодов, например, можно добиться путем сведения к минимуму толщины базы (до 0,4-2 мк). Быстродействие такого фотодиода определяется временем диффузии неосновных носителей в области базы.

Интересны фотодиоды с p-i~n структурой, представляющие собой полупроводниковые диоды, у которых между областями р я п заключена область i полупроводника с собственной проводимостью. Принцип работы этих приборов заключается в следующем. Путем подачи большого напряжения смещения (в запирающем направле-

Нии) область запорного Слоя расширяемся tak, 4to оХбйтываёт всЮ область i. Это приводит к возникновению в ней постоянного электрического поля. Структура p-i-n выполнена из материала с малым коэффициентом поглощения с таким расчетом, чтобы свет поглощался в слое i. При этом в области i образуются электронно-дырочные пары. Под действием приложенного напряжения, которое близко к напряжению лавинного пробоя, носители, сталкиваясь с решеткой, выбивают из нее новые носители, в результате чего происходит лавинное увеличение тока через фотодиод. Граничная частота работы прибора определяется скоростью пролета электронов (8-10°-2-10 см/сек). При толщине слоя i в 10 мк время пролета составляет 1,3-Ю-"-5,2-10-" сек, что соответствует частоте 3,5- 8,7 Ггц.

На базе высокочастотных фотодиодов с p-i-n структурой могут быть разработаны приборы, которые могут стать полупроводниковыми твердотельными аналогами фотоэлектронных умножителей. Фотодиоды с p-i-n структурой имеют лучшее отношение сигнал/шум благодаря лавинному умножению при ударной ионизации. Зарубежные специалисты считают, что приборы этого типа со временем могут даже превзойти по чувствительности и быстродействию фотоэлектронные умножители.

Светочувствительными приборами, обладающими усилением, являются также переключатели, управляемые светом, относящиеся по существу к кремниевым управляемым выпрямителям со световым управлением.

Кремниевый переключатель, управляемый светом, представляет собой переключательный полупроводниковый прибор типа р-п-р-п, в котором вместо обычно применяемого для управления кремниевого выпрямителя электрического сигнала используется падающий свет, иногда в сочетании с электрическим сигналом. Энергия запускающего светового сигнала для переключателя, как правило, невелика. После включения прибора его сопротивление падает на несколько порядков, и энергия на выходе достигает очень большой величины. При этом напряжение на приборе уменьшается до величины, соответствующей стационарному включенному состоянию. Ток через прибор возрастает от пренебрежимо малой величины до значения, которое фактически определяется параметрами внешней цепи. Уменьшение напряжения при росте тока свидетельствует о наличии внутреннего отрицательного сопротивления прибора. Усиление прибора определяется отношением выходной энергии к входной и обусловлено этим отрицательным сопротивлением. Постоянная времени прибора лежит в пределах 10-100 мксек.

Такие приборы могут найти применение в качестве светоуправ-ляемых мощных полупроводниковых реле при изменении выходной мощности в широких пределах. А способность переключателя, управляемого светом, находиться в двух различных устойчивых состояниях (при работе в схемах постоянного тока) позволяет использовать его в качестве элемента памяти оптико-элисгронных логических схем.

3. ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ

Использование при построении оптических и оптико-электронных схем и устройств лазеров или люминесцентных диодов с устройствами для фокусировки и концентрации световых потоков в ряде слу-

чаев не требует дополнительных устройств для канализации оптических потоков или импульсов внутри устройства. Не обязательно применять такие устройства и в том случае, когда источник и приемник . света располагаются очень близко друг к другу и потери света при таком конструктивном решении незначительны. Применение ряда оптически прозрачных диэлектриков в промежутке меладу, например, излучающим диодом и фотодиодом иногда бывает полезным для уменьшения потерь света за счет полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред (тело излучающего кристалла к воздух). В этом случае ц€лесообразно пространство между ними заполнять светопроводящей средой с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления тела излучателя.

При осуществлении оптической коммутации в оптических н оптико-электронных схемах и устройствах бывает необходимо использовать светопроводящие каналы, локализующие световые потоки.

Наибольшее распространение для целей оптической коммутации в последние несколько лет получили пассивные волоконные световоды. Они являются в настоящее время наиболее перспективными компонентами оптических трактов в схемах и устройствах в связи с целым рядом положительных качеств. К таким качествам следует отнести малые габариты, простоту обращения с ними, возможность значительного изгибания волокон без нарушения условий хорошего пропускания, что позволяет осуществлять оптическую коммутацию практически между любыми точками схем, включая интегральные твердые схемы. В сравнении с высокочастотными коаксиальными кабелями волоконные световоды обладают заметно меньшим удельным коэффициентом затухания. Затухание в типичном пассивном волокне составляет 1,1 дб/м, в то время как у коаксиального кабеля на частоте 1 Ггц оно доходит до 1,8 дб/м.

Устройство и принцип работы волокоиных световодов. Рассмотрим подробней конструкцию и принцип работы волоконных свето-зодов и некоторых изделий из них. Заметим, что подробные сведения о технологии изготовления, конструктивных особенностях и свойствах волоконных световодов и изделий из них можно найти в целом ряде работ.

Под волоконным световодом понимается отдельное волокно или система определенным образом уложенных волокон, концы которых закреплены, а торцы обработаны (как правило,, торцевая плоскость волоконного световода хорошо отполирована). Отдельное волокно (моноволокно) состоит из жилы (стержня), выполненной из оптического стекла с показателем преломления п», и оболочки из стекла с показателем преломления Пов, причем обязательно должно выполняться соотношение Поб<Пж (рис. 21). Указанное требование следует из физического принципа работы световода, основанного на явлении полного внутреннего отражения света на границе двух сред с различными значениями показателей преломления.

Как будет показано ниже, соотношение между показателями преломления оболочки и жилы влияет на. оптические характеристики световодов. В принципе в стеклянном волокне без оболочки также выполняется условие полного внутреннего отражения, причем критический угол оказывается больше, так как показатель преломления воздуха «0=1 и меньше «ж и «об. Тем не менее применение оболоч ки необходимо. Она защищает жилу от возможных повреждений и загрязнений, что обеспечивает малые потери света при отражениях, и, что самое главное, наличие оболочек у волокон позволяет реали-28