17.2. Оптопара (оптрон).

Оптопара (или оптрон) состоит из излучателя (светодиод) и фотоприемника (фотодиод или фототранзистор), объединенных в одном непрозрачном корпусе. Между ними включен оптический канал, передающий свет от излучателя к приемнику. Обозначение диодной оптопары приведено на рис.17.7.

Рисунок 17.7 - Светоизлучающий диод (слева) и фотодетектор (справа) объединённых в оптопару

Выводы светодиода и фотодиода не соединены друг с другом, поэтому оптрон может служить хорошим элементом связи между электрическими и электронными устройствами В оптопарах полностью отсутствует электрическая и магнитная связь между излучателем и приемником. Электрическая прочность материалов, из которых изготавливают оптопары, позволяет передавать сигналы при разности потенциалов между излучателем и фотоприемником даже в несколько тысяч вольт. При этом полностью исключаются паразитные каналы передачи сигналов через собственные емкости.

Недостатком оптопары является малый коэффициент передачи по току.

При использовании вместо фотодиода фототранзистора может быть получено усиление тока и чувствительности.

Общим недостатком оптопар является нелинейность зависимости выходного сигнала от входного, обусловленная нелинейностью характеристик оптопар.

17.3 Некоторые применения оптоэлектроники

17.3.1. Оптическая линия связи.

Линии оптической связи с лазерами в качестве источников света могут обеспечивать дальность в десятки и сотни километров. Практически дальность ограничивается только поглощением света в атмосфере. В космосе лазерная линия связи может перекрыть миллионы километров благодаря очень малой расходимости в пространстве лазерного луча.

Достоинством оптической линии связи является теоретическая возможность передачи не только большого числа каналов связи , но и иметь сами каналы достаточно широкополосными, что позволяет увеличить скорость передачи информации до 3.10¹² бит в секунду, в то время как в диапазоне радиоволн с длиной волны 3 см (частота 10¹⁰ Гц), скорость передачи информации ограничена полосой 100 МГц, что соответствует скорости передачи двоичной информации 10⁸ бит в секунду.

В настоящее время скорость передачи информации в оптическом диапазоне ограничена инерционностью фотоприемников, и пределы ее повышения практически не ограничены.

17.3.2. Оптический локатор.

Импульсы мощного лазера, дополнительно сфокусированные оптической системой телескопа, посылаются в направлении исследуемого объекта. Отраженный или рассеянный сигнал достигает приемного устройства второго телескопа и воздействует на фотоприемник. По задержке отраженного импульса определяют расстояние до объекта, а по положению телескопов - его угловые координаты. Точность такого локатора много выше обычных радиолокаторов: угловые координаты можно вычислить с точностью до угловой секунды, а дальность – до нескольких десятков сантиметров. Например, можно на расстоянии 200 км следить за стыковкой двух космических аппаратов, сблизившихся до расстояния в несколько метров.

17.3.3. Светодальномер.

Используется в геодезии и картографии для составления точной карты местности. Светодальномер, в отличие от теодолитов, позволяет получать большую точность, использовать ЭВМ для определения координат. Светодальномер измеряет расстояние в 10 км с погрешностью 1 см, действует в любую погоду при любой видимости.

Принцип работы светодальномера показан на рис.17.8.

Рисунок 17.8 – схема работы светодальномера

Прибор содержит лазер в качестве излучателя света, модулятор и передающую оптику. В модуляторе установлен электрооптический кристалл, изменяющий свои параметры под действием электрического сигнала. Обычно используют гармонический сигнал с частотой 10…150 Мгц (измерительная частота). Промодулированный кристаллом лазерный луч проходит к отражателю, установленном на другом конце измеряемой трассы. Отражателями служат стеклянные призмы с тремя взаимно перпендикулярными гранями (так называемая триппель-призма). Они обладают важным свойством зеркально отражать луч именно в том направлении, из которого этот луч пришел. Поэтому никакого наведения отражателя не требуется, надо лишь поставить его примерно перпендикулярно приходящему лучу. Отраженный свет попадает в приемную оптику и на фотоприемник. На выходе приемника выделяется модулирующий сигнал, но фаза его запаздывает относительно фазы сигнала в модуляторе оптического передатчика. Измерив разность фаз, можно затем рассчитать расстояние до отражателя. Это делает встроенный микропроцессор, результат выдается на цифровой дисплей.

Лекция 18