Оптоэлектроника - Карих Е.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Физическим ограничением, присущим электронным методам, является одномерность электрических сигналов. Качественно новые возможности дает использование двухмерных некогерентных и трехмерных когерентных оптических сигналов. В частности, может быть осущест-
6
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
влена двойная (временная и пространственная) модуляция потока, причем элементарная площадка, которая выделяется для независимой модуляции, приблизительно равна к . Это обеспечивает высокую информационную емкость оптических сигналов и возможность параллельной обработки больших массивов информации без поэлементного разложения во времени.
С этой точки зрения интересно сравнение возможностей оптоэлек-
12
тронных и биологических систем. Человек содержит около 10 нервных соединений, а емкость памяти человеческого мозга близка к
13
10 бит. Передача информации по нервным волокнам происходит за счет биохимических реакций, поэтому ее скорость не превышает
10 м/с. В электронных схемах сигнал распространяется со скоростью около 10 м/с. В то же время человек способен конкурировать с мощными компьютерами, например при игре в шахматы. Дело в том, что сравнительно медленное распространение сигнала по нервному волокну компенсируется одновременной работой около 104 -105 волокон. Таким образом, оптоэлектронная система, обеспечивающая параллельную работу многих каналов и распространение сигналов со скоростью света, потенциально может производить обработку информации с быстротой, которая недоступна ни параллельным биологическим, ни последовательным электронным системам.
Использование не имеющих электрического заряда фотонов обеспечивает гальваническую развязку и высокую помехозащищенность оптических каналов передачи и обработки информации.
Наконец, следует отметить предоставляемую оптоэлектроникой возможность непосредственного оперирования со зрительно воспринимаемыми образами. Использование матричных фотодетекторов позволяет вводить информацию в виде оптического изображения для последующей обработки электронными методами. Оптически управляемые транспаранты и голографические системы позволяют производить операции непосредственно над оптическими картинами. Вывод информации также может быть осуществлен в виде изображения на экране дисплея или на другом носителе.
Терминология. К настоящему времени оптоэлектроника является устоявшимся названием для обозначения рассматриваемой нами дисциплины. Термин когерентная оптоэлектроника используется в том случае, когда носителем информации в оптоэлектронной системе является когерентное лазерное излучение. Термин некогерентная оптоэлектроника соответствует ситуации, когда когерентность световых волн в оптоэлектронных преобразованиях не используется. Следует отметить, что грань между этими двумя понятиями в определенной степени условна и
7
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
не всегда может быть проведена. Иногда в качестве синонима термина оптоэлектроника используется термин фотоника, чтобы по аналогии с электроникой подчеркнуть тот факт, что фотон, как материальный носитель информации, может выполнять те же функции, что и электрон [1].
В литературе можно встретить такие названия, как оптическая электроника, и несколько реже - оптроника. Первое из них достаточно близко к устоявшемуся названию изучаемого курса, второе скорее можно отнести к одному из его разделов, рассматривающему оптроны - определенный класс функциональных элементов оптоэлектроники.
В соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) оптоэлектронный прибор определен как прибор, чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной либо ультрафиолетовой областях; или прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение в этих же спектральных областях; или прибор, использующий такое электромагнитное излучение для своей работы.
8
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Лекция 10. СВОЙСТВА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
Оптические потери. Материалами для оптических волокон служат различные вещества. В настоящее время чаще всего используется высококачественное кварцевое стекло (SiO2), легированное окислами бора (B), титана (Ti), германия (Ge), фосфора (P).
Оптические потери в волокне складываются из внешних (апертурные и френелевские потери) и внутренних (потери на границе сердцевины и оболочки, потери на поглощение и рассеяние в волокне).
Апертурные потери связаны с несовпадением ширины диаграммы направленности источника излучения и апертурного угла волокна.
Френелевские потери обусловлены отражением излучения от входного торца волокна. Для уменьшения этих потерь используются фокусирующие элементы (микролинзы и т. п.), а также иммерсирование.
Потери на границе сердцевины с оболочкой вызываются проникновением части энергии волноводных мод в оболочку, где излучение поглощается. Микродефекты границы, а также изгиб волокна, приводят к нарушению полного внутреннего отражения и преобразованию части мод сердцевины в моды оболочки или в пространственные моды.
