- •А.Н. Игнатов
- •Новосибирск 2013
- •Предисловие
- •1.1 Введение в волоконную оптику
- •1.2 Особенности оптической электроники
- •1.3 История развития оптоэлектроники
- •1.4 Современное состояние оптоэлектронной элементной базы
- •1.5 Система обозначений оптоэлектронных приборов индикации
- •1.6 Система обозначений полупроводниковых приборов и оптронов
- •Тестовые вопросы к главе 1 «Введение в оптоэлектронику»
- •2 Физические основы оптоэлектроники
- •2.1 Различие между фотометрическими и энергетическими характеристиками
- •2.2 Фотометрические характеристики оптического излучения
- •2.2.1 Функция видности и ее зависимость от длины электромагнитной волны
- •2.2.2 Телесный угол, световой поток и механический эквивалент света
- •2.2.3 Сила света, IV
- •2.2.4 Освещенность поверхности, е
- •2.2.5 Закон освещенности
- •2.2.6 Светимость излучающей поверхности, м
- •2.2.7 Яркость светящейся поверхности, l
- •Величина
- •2.2.8 Закон Ламберта
- •2.2.9 Световая экспозиция, нv
- •2.5 Колориметрические параметры
- •2.6 Когерентность оптического излучения
- •2.6.1 Монохроматическая электромагнитная волна (мэв)
- •2.6.2 Особенности излучения электромагнитных волн в ультрафиолетовом (уф), видимом и инфракрасном (ик) диапазонах
- •2.7 Квантовые переходы и вероятности излучательных переходов
- •2.7.1 Энергетические уровни и квантовые переходы
- •2.7.2 Спонтанные переходы
- •2.7.3 Вынужденные переходы
- •2.7.4 Соотношения между коэффициентами Эйнштейна
- •2.7.5 Релаксационные переходы
- •2.8 Ширина спектральной линии
- •2.9 Использование вынужденных переходов для усиления электромагнитного поля
- •2.10 Механизм генерации излучения в полупроводниках
- •2.11 Прямозонные и непрямозонные полупроводники
- •2.12 Внешний квантовый выход и потери излучения
- •2.13 Излучатели на основе гетероструктур
- •2.14 Поглощение света в твердых телах
- •2.15 Типы переходов и характеристики излучающих полупроводниковых структур.
- •2.16 Параметры оптического излучения
- •Тестовые вопросы к главе 2 «Физические основы оптоэлектроники»
- •3 Приборы некогерентного излучения
- •3.1 Источники света
- •3.1.1 Разновидности источников
- •3.2 Основные характеристики и параметры светодиодов
- •3.2.1 Параметры светодиодов
- •3.2.2 Характеристики светодиодов
- •3.2.3 Определение и оценка параметров светодиодов
- •3.2.4 Схемы возбуждения, обеспечивающие высокую световую эффективность светодиодов
- •3.2.5 Влияние температуры
- •3.2.6 Срок службы
- •3.2.7 Ограничение тока
- •3.2.8 Достоинства твердотельных излучателей
- •3.3 Конструкции светодиодов
- •3.4 Основные схемы возбуждения светодиодов
- •3.5 Выбор типа светодиода
- •3.5.1 Основные соображения для выбора типа светодиода
- •3.5.2 Памятка разработчику
- •3.6 Электрическая модель светодиода
- •3.7 Светодиоды инфракрасного излучения
- •3.8 Светодиодные источники повышенной яркости и белого света
- •Тестовые вопросы к главе 3 «Источники некогерентного излучения»
- •4 Приборы когерентного излучения
- •4.1 Физические основы усиления и генерации лазерного излучения
- •4.2 Структурная схема лазера
- •4.3 Лазеры на основе кристаллических диэлектриков
- •4.4 Жидкостные лазеры
- •4.5 Газовые лазеры
- •4.6 Устройство и принцип действия полупроводникового инжекционного моно лазера
- •4.7 Устройство и принцип действия полупроводниковых лазеров с гетероструктурами
- •4.8 Волоконно-оптические усилители и лазеры
- •4.8.1 Волоконные усилители
- •4.8.2 Волоконные лазеры
- •4.8.3 Волоконные лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния
- •4.9 Светоизлучающие диоды для волоконно-оптических систем
- •4.10 Сравнительная характеристика лазеров и светодиодов
- •4.10.1 Параметры отечественных полупроводниковых лазеров и оптических модулей
- •4.11. Квантовые эффекты в полупроводниках
- •4.12. Фотонные нанокристаллы.
- •4.13. Наноэлектронные лазеры
- •4.13.1. Наноэлектронные лазеры с горизонтальными резонаторами
- •4.13.2. Наноэлектронные лазеры с вертикальными резонаторами
- •4.14.1. Органические светодиоды
- •4.14.2. Пассивно-матричные oled
- •4.14.3. Активно-матричные oled
- •4.14.4. Технологии получения органических светодиодов
- •Тестовые вопросы к главе 4 «Приборы когерентного излучения»
- •5 Полупроводниковые фотоприемные приборы
- •5.1 Принцип работы фотоприемных приборов
- •5.2 Характеристики, параметры и модели фотоприемников
- •5.2.1 Параметры фотоприемников
- •5.2.2 Характеристики фотоприемников
- •5.2.3 Параметры фотоприемника как элемента оптопары
- •5.2.4 Электрические модели фотоприемников
- •5.3 Фотодиоды на основе p-n – перехода
- •5.4 Фотодиоды с p–I–n структурой
- •5.5 Фотодиоды Шоттки
- •5.6 Фотодиоды с гетероструктурой
- •5.7 Лавинные фотодиоды
- •5.8 Фототранзисторы
- •5.9 Фототиристоры
- •5.10 Фоторезисторы
- •5.11 Основные характеристики и параметры фоторезистора
- •5.12 Пзс приемные фотоприборы
- •5.13 Фотодиодные сбис на основе моп – транзисторов
- •5.14 Пиротехнические фотоприемники
- •5.15. Фотоприемные наноэлектронные приборы
- •5.15.1. Фотоприемники на квантовых ямах
- •5.15.2. Фотоприемники на основе квантовых точек
- •Тестовые вопросы к главе 5 «Полупроводниковые фотоприемные Приборы»
- •6 Оптроны
- •6.1 Устройство и принцип действия оптронов
- •6.2 Структурная схема оптрона
- •6.3 Классификация и параметры оптронов
- •6.4 Электрическая модель оптрона
- •6.5 Резисторные оптопары
- •6.6 Диодные оптопары
- •6.7 Транзисторные оптопары
- •6.8 Тиристорные оптопары
- •Тестовые вопросы к главе 6 «Оптроны»
- •7 Индикаторные приборы
- •7.1 Жидкокристаллические индикаторы
- •7.1.1 Основы теории
- •7.1.2 Ячейки на основе эффекта динамического рассеяния (др – ячейки)
- •7.1.3 Ячейки на основе твист-эффекта
- •7.1.4 Основные типы и параметры
- •7.1.5 Схемы включения жидкокристаллических индикаторов
- •7.1.6 Схемы управления многоразрядными индикаторами
- •7.2 Электролюминесцентные индикаторы
- •7.2.1 Устройство и принцип действия
- •7.2.2 Типы и параметры
- •7.2.3 Схемы включения электролюминесцентных индикаторов
- •7.3 Плазменные панели и устройства на их основе
- •7.4 Электрохромные индикаторы
- •7.5. Отображение информации индикаторными приборами
- •Тестовые вопросы к главе 7 «Индикаторные приборы»
- •8 Применение оптоэлектроннх приборов
- •8.1 Устройство и принцип действия оптоэлектронных генераторов
- •8.1.1 Блокинг - генератор
- •8.1.2 Генератор линейно изменяющегося напряжения
- •8.1.3 Генератор с мостом Вина
- •8.2 Применение оптоэлектронных приборов в аналоговых ключах и регуляторах
- •8.3 Применение оптронов для выполнения логических функций
- •8.4 Применение оптронов как аналогов электрорадиокомпонентов
- •8.5 Устройство и принцип действия оптоэлектронных усилителей
- •8.6 Устройство и принцип действия оптоэлектронных цифровых ключей
- •8.7 Применение оптоэлектронных приборов для измерения высоких напряжений и управления устройствами большой мощности
- •8.8 Устройство и принцип действия оптических устройств записи информации
- •8.9 Принцип лазерно-оптического считывания информации
- •8.10 Принципы цифровой оптической записи и воспроизведения информации с компакт дисков
- •8.10.1 Устройство компакт-диска
- •8.10.2 Запись на компакт диски
- •8.10.3 Отличия cd-r/cd-rw дисков от штампованных
- •8.10.4 Маркировка дисков
- •8.10.5 Надежность дисков cd-r/rw в сравнении со штампованными
- •8.10.6 Изготовление и тиражирование компакт-дисков
- •8.10.7 Воспроизведение компакт-диска
- •8.10.8 Устройство накопителей на cd-rom
- •8.10.9 Представление и параметры звукового сигнала на cd
- •8.10.10 Джиттер
- •8.11 Оптоэлектронные сенсорные системы взаимодействия человека с электронной техникой.
- •8.11 Лазерный микропроектор со спиральной разверткой для мобильных устройств
- •Тестовые вопросы к главе 8 «Применение оптоэлектронных приборов»
- •9. Волоконно-оптические системы связи
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Классификация волоконно-оптических систем распределения
- •9.3. Волоконно-оптические системы распределения
- •9.4. Оптические передатчики
- •9.5 Приемники волоконно-оптических систем связи
- •9.5.1 Приемные оптоэлектронные модули
- •9.6. Цифровые волоконно-оптические системы связи
- •9.7. Аналоговые волоконно-оптические системы связи
- •9.8 Умные соединители на основе смартлинков
- •9.8.1 Технические решения смартлинков
- •9.8.2 Самоформирующиеся компьютеры
- •9.8.3 Оптоволоконные нейроинтерфейсы
- •9.9 Волоконно оптические технологии для сетей доступа
- •9.9.1 Общие сведения
- •9.9.2 Тенденции мирового развития сетей доступа
- •9.9.3 Технологии оптических сетей доступа
- •9.9.4 Категории оптических сетей доступа
- •9.9.5 Волокно до бизнеса – FttBusiness
- •9.9.6 Волокно до дома – ftth
- •9.9.7 Волокно до многоквартирного дома – fттb
- •9.9.8 Волокно до сельского района
- •9.10 Медиоконверторы и их применение в оптических системах связи
- •9.10.1 Общие сведения
- •9.10.2. Основные технические требования, предъявляемые к оборудованию
- •9.10.3. Классификация медиаконвертеров по критерию управляемости
- •9.10.4. Конструктивное исполнение
- •9.10.5. Основные параметры медиаконвертеров
- •9.10.6. Система управления
- •9.10.7. Устройство и применение медиоконвертора rs-485
- •Тестовые вопросы к главе 9 «Волоконно-оптические системы связи»
- •Приложение п1
- •Приложение п2
- •Приложение п3
- •Приложение п4 Перечень принятых сокращений
- •Список цитированной литературы
Приложение п4 Перечень принятых сокращений
А |
номинальная числовая апертура |
АВС |
активный волоконный световод |
АИМ |
амплитудно-импульсная модуляция |
АПП |
абсолютный показатель преломления |
АЦП |
аналого-цифровой преобразователь |
ВАХ |
вольтамперная характеристика |
ВКР |
вынужденное комбинационное рассеяние |
ВОЛС |
волоконно-оптическая линия связи |
ВОС |
волоконно-оптическая система |
ВОСП |
волоконно-оптическая система передач |
ВОСС |
волоконно-оптические системы связи |
ВУ |
вращательные уровни |
ГИП |
газоразрядная индикаторная панель |
ГИС |
гигантская интегральная схема |
ГЛИН |
генератор линейно изменяющегося напряжения |
ДА |
диэлектрическая анизотропия |
ДГС |
двойная гетероструктура |
ДКВ |
двойная корреляционная выборка |
Еф |
энергия соответствующая уровню Ферми |
ЖК |
жидкий кристалл |
ЖКИ |
жидкокристаллический индикатор |
ЖКЭ |
жидкокристаллический экран |
ЗУ |
запоминающее устройство |
ИК |
инфракрасный |
ИМС |
интегральная микросхема |
ИС |
информационная система |
КМОП |
комплементарные приборы со структурой металл-окисел-полупроводник |
КПД |
коэффициент полезного действия |
КУ |
колебательный уровень |
ЛВС |
локально-вычислительная система |
ЛД |
лазерный диод |
ЛФД |
лавинный фододиод |
МКО |
международная комиссия по освещению |
МП |
мультиплексор |
МЭВ |
монохроматическая электромагнитная волна |
НЖК |
нематематические жидкие кристаллы |
ОВ |
оптическое волокно |
ОЗУ |
оперативное запоминающее устройство |
ОИ |
окно интерфейса |
ОК |
оптический канал |
ОКГ |
оптический квантовый генератор |
ООС |
отрицательная обратная связь |
ОС |
обратная связь |
ОУ |
операционный усилитель |
ОЭП |
оптоэлектронные приборы |
ПВО |
полное внутреннее отражение |
ПОВ |
планарный оптический волновод |
ПОС |
положительная обратная связь |
ППЛ |
полосковый полупроводниковый лазер |
ПФП |
пиротехнический фотоприемник |
СБИС |
сверхбольшая интегральная схема |
СВ |
стекловолокно |
СД |
светодиод |
СИД |
светоизлучающий диод |
СКР |
спонтанное комбинационное рассеяние |
СПФ |
спонтанный фотон |
ССИД |
суперлюминесцентный светоизлучающий диод |
СТФ |
стимулированный фотон |
СЭ |
солнечный элемент |
СЭУ |
солнечная энергетическая установка |
УБИС |
ультрабольшая интегральная схема |
ФАПЧ |
фазовая автоподстройка частоты |
ФД |
фотодиод |
ФКВ |
фотонно-кристалическое волокно |
ФНЧ |
фильтр нижних частот |
ФП |
фотоприемник |
ФПЗС |
фотоприемные приборы с зарядовой связью |
ФЭС |
фотоэлектрические системы |
ЦАП |
цифро-аналоговый преобразователь |
ЦСК |
цилиндрическая система координат |
ЭДС |
электродвижущая сила |
ЭКП |
экран коллективного пользования |
ЭЛИ |
электролюминесцентный индикатор |
ЭР |
электронный регулятор |
ЭУ |
электронные устройства |
ЭУ |
электронный уровень |
DWDM |
многоканальная система передачи с плотным мультиплексированием |
EDFA |
эрбиевый усилитель |
G-Ethernet |
пакетная технология передачи информации компьютерных сетей;
|
|
|
NZDSF |
волокно с ненулевой смещенной дисперсией |
OTH |
оптическая транспротная иерархия – стандарт построение гибких мультисервисных оптических сетей |
PON |
технология пассивных оптических сетей
|
SDH |
синхронная цифровая иерархия |
SMF |
одномодовое волокно |
WAN |
система глобальной связи |
WDW |
система со спектральным мультиплексированием |
ZWPE |
волокно с нулевым водяным пиком
|
|
Приложение П5 |
|
Перечень принятых обозначений |
|
|
Аэ |
механический эквивалент света |
B |
синий свет |
с |
скорость света в свободном пространстве |
Сд |
емкость диода |
Dn |
коэффициент диффузии электронов |
Е |
вектор напряженности |
Е |
энергия, освещенность поверхности |
Еф |
энергия фотона |
Ефон |
энергия фонона |
Ез |
энергетическая ширина запрещенной зоны |
Еп |
дно зоны проводимости – минимальное значение энергии свободного |
|
электрона |
Ев |
потолок валентной зоны – максимальное значение энергии валентного |
|
электрона |
Евын |
энергия вынуждающего излучения |
Еe |
облученность поверхности |
ЕF |
энергия Ферми |
Ею |
модуль Юнга |
e f |
заряд электрона частота |
G |
зеленый свет |
Фе |
поток излучения |
h |
постоянная Планка |
lr |
длина когерентности |
K Ki |
Постоянная Больцмана коэффициент передачи по току |
КV |
коэффициент световой эффективности |
Кл |
коэффициент усиления лазера |
Кп |
коэффициент потерь излучения в резонаторе лазера |
k1, k2 |
коэффициенты отражения зеркал резонатора |
I |
ток |
In |
электронная составляющая тока |
Ip |
дырочная составляющая тока |
Iобр |
о братный ток |
Iпов |
ток утечки по поверхности |
Iпр |
прямой ток |
Iрек |
ток рекомбинации |
Iтун |
ток туннельный |
IV |
сила света |
L |
яркость светящейся поверхности |
M |
светимость излучающей поверхности |
Mф |
масса фотона |
Мe |
энергетическая светимость |
n |
показатель преломления |
Nа |
число Авогадро |
P |
мощность |
Pвых |
выходная мощность |
Pпогл |
поглощаемая мощность |
Pпред |
предельная мощность |
Pэ |
импульс электрона |
Pизл |
мощность излучения |
Pген |
мощность генерируемая внутри кристалла |
Pλ |
мощность излучения для длины волны λ |
Пv |
плотность энергии электромагнитного поля |
Q |
добротность |
rп |
сопротивление потерь |
rд |
сопротивление диода |
Rт.с. |
темновое сопротивление |
R |
красный свет |
S |
площадь поверхности |
t |
время |
tИ |
длительность импульса |
UП |
напряжение источника питания |
UПР |
напряжение прямого смещения |
UОБР |
напряжение обратного смещения |
Vф |
фазовая скорость |
Vг |
групповая скорость |
Vк |
объем когерентности |
α |
коэффициент поглощения, коэффициент затухания света |
β |
коэффициент, учитывающий потери |
|
толщина слоя |
|
внешний квантовый выход |
опт |
коэффициент вывода света |
э |
внутренний квантовый выход |
|
|
длина волны |
|
|
частота оптического излучения |
υц |
центральная частота излучения |
τj |
время жизни на уровне j |
τк |
время когерентности |
τф |
время излучения фотона |
|
угол излучения, характеристическая температура Дэбая |
Θр |
расходимость излучения |
Ω |
телесный угол |
