Kaasaegne teadus areneb aktiivselt erinevates suundades, püüdes hõlmata kõiki võimalikke potentsiaalselt kasulikke tegevusvaldkondi. Kõige selle hulgas tuleks välja tuua optoelektroonilised seadmed, mida kasutatakse nii andmeedastusprotsessis kui ka nende salvestamisel või töötlemisel. Neid kasutatakse peaaegu kõikjal, kus kasutatakse rohkem või vähem keerukat tehnoloogiat.
Mis see on?
Optoelektroonilised seadmed, tuntud ka kui optronid, on spetsiaalsed pooljuht-tüüpi seadmed, mis on võimelised kiirgust saatma ja vastu võtma. Neid konstruktsioonielemente nimetatakse fotodetektoriks ja valguskiirguriks. Neil võib olla üksteisega suhtlemiseks erinevaid võimalusi. Selliste toodete tööpõhimõte põhineb elektrienergia muundamisel valguseks, aga ka selle reaktsiooni vastupidisel viisil. Selle tulemusena saab üks seade saata teatud signaali, teine aga võtab selle vastu ja "dekrüpteerib". Optoelektroonilisi seadmeid kasutatakse:
- seadmete sideüksused;
- mõõteseadmete sisendahelad;
- kõrgepinge ja kõrge vooluahelad;
- võimsad türistorid ja triacid;
- releeseadmed jnejärgmine.
Kõik sellised tooted võib sõltuv alt nende üksikutest komponentidest, disainist või muudest teguritest liigitada mitmesse põhirühma. Lisateavet selle kohta allpool.
Emitter
Optoelektroonilised seadmed ja seadmed on varustatud signaaliedastussüsteemidega. Neid nimetatakse emitteriteks ja olenev alt tüübist jaotatakse tooted järgmiselt:
- Laser ja LED-id. Sellised elemendid on ühed kõige mitmekülgsemad. Neid iseloomustab kõrge efektiivsus, väga kitsas kiirte spekter (seda parameetrit tuntakse ka kvaasikromaatilisuse nime all), üsna lai töövahemik, selge kiirgussuuna säilitamine ja väga suur kiirus. Selliste emitteritega seadmed töötavad väga pikka aega ja on äärmiselt töökindlad, need on väikese suurusega ja toimivad hästi mikroelektrooniliste mudelite valdkonnas.
- Elektroluminestsentselemendid. Selline disainielement näitab mitte väga kõrget konversioonikvaliteedi parameetrit ja ei tööta liiga kaua. Samal ajal on seadmeid väga raske hallata. Kuid need sobivad kõige paremini fototakistite jaoks ja neid saab kasutada mitme elemendiga, multifunktsionaalsete struktuuride loomiseks. Sellegipoolest kasutatakse seda tüüpi emittereid nende puuduste tõttu üsna harva, ainult siis, kui neist tõesti ei saa loobuda.
- Neoonlambid. Nende mudelite valgusvõimsus on suhteliselt madal, samuti ei pea need hästi vastu kahjustusi ega kesta kaua. Erinevad suurte suuruste poolest. Neid kasutatakse teatud tüüpi seadmetes äärmiselt harva.
- Hõõglambid. Selliseid emittereid kasutatakse ainult takistiseadmetes ja mitte kusagil mujal.
Sellest tulenev alt sobivad LED- ja lasermudelid optimaalselt peaaegu kõikidele tegevusaladele ning ainult mõnes osas, kus teisiti pole võimalik teha, kasutatakse muid võimalusi.
Fotodetektor
Optoelektrooniliste seadmete klassifikatsioon tehakse ka selle disainiosa tüübi järgi. Vastuvõtuelemendina saab kasutada erinevat tüüpi tooteid.
- Fototüristorid, transistorid ja dioodid. Kõik need kuuluvad universaalsetesse seadmetesse, mis on võimelised töötama avatud tüüpi üleminekuga. Enamasti põhineb disain ränil ja tänu sellele saavad tooted üsna laia tundlikkuse vahemikku.
- Fototakistid. See on ainus alternatiiv, mille peamiseks eeliseks on omaduste muutmine väga keerulisel viisil. See aitab rakendada igasuguseid matemaatilisi mudeleid. Kahjuks on just fototakistid inertsiaalsed, mis kitsendab oluliselt nende kasutusala.
Kiirte vastuvõtt on iga sellise seadme üks põhielemente. Alles pärast selle vastuvõtmist algab edasine töötlemine ja see pole võimalik, kui sidekvaliteet pole piisav alt kõrge. Selle tulemusena pööratakse suurt tähelepanu fotodetektori disainile.
Optiline kanal
Toote disainiomadusi saab hästi näidata fotoelektrooniliste ja optoelektrooniliste seadmete tähistussüsteemi abil. See kehtib ka andmeedastuskanali kohta. Peamist valikut on kolm:
- Piklik kanal. Sellise mudeli fotodetektor on optilisest kanalist piisav alt kaugel, moodustades spetsiaalse valgusjuhi. Just seda disainivalikut kasutatakse arvutivõrkudes aktiivselt andmeedastuseks.
- Suletud kanal. Seda tüüpi konstruktsioonis kasutatakse spetsiaalset kaitset. See kaitseb kanalit suurepäraselt välismõjude eest. Rakendatakse galvaanilise isolatsioonisüsteemi mudeleid. See on üsna uus ja paljutõotav tehnoloogia, mida nüüd pidev alt täiustatakse ja see asendab järk-järgult elektromagnetreleed.
- Ava kanal. See disain eeldab õhupilu olemasolu fotodetektori ja emitteri vahel. Mudeleid kasutatakse diagnostikasüsteemides või erinevates andurites.
Spektrivahemik
Selle indikaatori seisukohast võib kõik optoelektroonika seadmete tüübid jagada kahte tüüpi:
- Lähiulatus. Lainepikkus jääb sel juhul vahemikku 0,8-1,2 mikronit. Kõige sagedamini kasutatakse sellist süsteemi avatud kanalit kasutavates seadmetes.
- Pikk. Siin on lainepikkus juba 0,4-0,75 mikronit. Kasutatakse enamikus teistes seda tüüpi toodetes.
Disain
Selle indikaatori järgi jagunevad optoelektroonilised seadmed kolme rühma:
- Eriline. See hõlmab seadmeid, mis on varustatud mitme emitteri ja fotodetektoriga, kohaloleku, asukoha, suitsu ja muu sellise anduritega.
- Integraal. Sellistes mudelites kasutatakse täiendav alt spetsiaalseid loogikalülitusi, komparaatoreid, võimendeid ja muid seadmeid. Muuhulgas on nende väljundid ja sisendid galvaaniliselt isoleeritud.
- Elementaarne. See on toodete lihtsaim versioon, milles vastuvõtja ja emitter on ainult ühes eksemplaris. Need võivad olla nii türistorid kui ka transistorid, dioodid, takistuslikud ja üldiselt mis tahes muud.
Seadmetes saab kasutada kõiki kolme rühma või igaüks eraldi. Struktuurielemendid mängivad olulist rolli ja mõjutavad otseselt toote funktsionaalsust. Samal ajal võib keerukates seadmetes kasutada ka kõige lihtsamaid elementaarseid sorte, kui see on asjakohane. Kuid tõsi on ka vastupidine.
Optoelektroonikaseadmed ja nende rakendused
Seadmete kasutamise seisukoh alt võib need kõik jagada 4 kategooriasse:
- Integreeritud vooluringid. Kasutatakse erinevates seadmetes. Põhimõtet kasutatakse erinevate konstruktsioonielementide vahel, kasutades eraldi osi, mis on üksteisest isoleeritud. See takistab komponentide vastastikmõju muul viisil kuiarendaja pakutav.
- Isolatsioon. Sel juhul kasutatakse spetsiaalseid optilisi takistipaare, nende dioodi-, türistori- või transistoritüüpe jne.
- Muundamine. See on üks levinumaid kasutusjuhtumeid. Selles muudetakse vool valguseks ja rakendatakse sel viisil. Lihtne näide on kõikvõimalikud lambid.
- Tagurpidi teisendus. See on täiesti vastupidine versioon, milles vooluks muundatakse valgus. Kasutatakse igasuguste vastuvõtjate loomiseks.
Tegelikult on raske ette kujutada peaaegu ühtegi seadet, mis töötaks elektriga ja millel puuduvad mingisugused optoelektroonilised komponendid. Neid võib esitada väikeses koguses, kuid need on siiski olemas.
Tulemused
Kõik optoelektroonilised seadmed, türistorid, dioodid, pooljuhtseadmed on erinevat tüüpi seadmete konstruktsioonielemendid. Need võimaldavad inimesel valgust vastu võtta, teavet edastada, töödelda või isegi salvestada.
