Оптические устройства

Появление и развитие оптоэлектроники было обусловлено тем, что полупроводниковая дискретная и интегральная электроника не могла решить окончательно проблему комплексной микроминиатюризации электронной аппаратуры. Такие элементы и устройства, как реле, кабели, переменные резисторы, разъемы, импульсные трансформаторы, плохо стыкуются с транзисторами из-за механически перемещающихся деталей, плохих эксплуатационных характеристик, невысокой надежности и большой стоимости. Кроме того, существующие устройства для ввода и вывода информации (электронно-лучевая трубка, электронно-оптические преобразователи, лампы накаливания и т. д.) несовместимы по ряду электрических параметров с интегральными микросхемами. Следует отметить, что на долю перечисленных элементов и устройств приходится большая часть потребляемой энергии, объема, массы, отказов, стоимости электронной аппаратуры. Налицо противоречие между интегральной полупроводниковой электроникой и традиционными электрора-

Принципы работы ФЭП основаны на явлениях внешнего или внутреннего фотоэффекта. К ФЭП, использующим явление внешнего фотоэффекта, относятся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители (ФЭУ), электронно-оптические преобразователи и некоторые типы передающих ТВ трубок. К ФЭП,

Таким образом, функциональная схема телевизионного радиоканала в принципе не должна отличаться от функциональных схем радиосвязи, приведенных в предыдущей главе. Необходимо лишь применять специальные электронно-оптические преобразователи на входе передатчика и на выходе приемника.

10. Оптические преобразователи. В основу принципа действия оптических преобразователей положено преобразование потока оптического (светового и теплового) излучения. Преобразование измерительной информации осуществляется здесь обычно путем модуляции параметров источника излучения или оптического канала. Функциональные возможности оптических преобразователей и область их применения значительно расширились в связи с достижениями оптоэлектронной техники, в частности с созданием оптических квантовых генераторов, светодиодов и т. п.

К еветоэлектрическим электронным приборам относятся фотоэлектронные приборы всех классов: фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом, фотоумножители, передающие электроннолучевые трубки, а также термоэлементы, термисторы, болометры. К этим приборам условно можно отнести и электронно-оптические преобразователи.

Электронно-оптические преобразователи и усилители изображения преобразуют сигналы лучистой энергии одной части электромагнитного спектра в сигналы другой или усиливают эти сигналы.

Электронно-оптические преобразователи и усилители применяются главным образом для преобразования (переноса) изображений, полученных в инфракрасных и рентгеновских лучах, в видимое глазом световое изображение.

Кроме перечисленных групп электронных приборов, существует еще много типов приборов (например, рентгеновские приборы, электронно-оптические преобразователи), рассмотрение которых выходит за пределы настоящего курса.

В качестве основного классификационного признака для электронно-лучевых приборов выбирают назначение приборов. Различают следующие виды электронно-лучевых приборов: приемные электронно-лучевые трубки, передающие трубки, запоминающие трубки, электронно-оптические преобразователи.

Электронно-оптические преобразователи (ЭОП). Это электровакуумный прибор, предназначенный для преобразования спектрального состава излучения и усиления яркости изображения. Электронно-оптические преобразователи применяют для преобразования изображений из инфракрасного диапазона в видимый (приборы «ночного видения»); для изучения быстропротекающих излучательных процессов в науке и технике; в качестве усилителей яркости в телевидении; для скоростной киносъемки быстропротекающих процессов; наблюдения слабоосвещенных и слабо излучающих предметов и т.д.

6) электронно-оптические преобразователи (ЭОП), используемые для преобразования и усиления оптических изображений;

Под оптоэлектроникой понимают новую область электроники, в которой функции электронных устройств выполняют оптические устройства.

териалов [Л. 14-27]. Оптические устройства для статистической обработки графиков позволяют обеспечить высокое быстродействие при' относительно невысокой сложности. Для корреляционного и вообще статистического анализа с помощью оптических устройств целесообразно использовать специальные формы представления анализируемого графического материала (теневые графики, кодовая регистрация и т. д.) [Л. 14-28, 14-29]. Для статистической обработки графических материалов весьма широко используются сканирующие ЙС, рассмотренные в гл. 11, а также их многочисленные разновидности (Л. 14-30].

Патрубок 1 может быть коническим для увеличения зоны обзора. Так как на печах, установленных в защитных камерах, люди не могут находиться около печи, к гляделкам приходится пристраивать оптические устройства типа перископов для дистанционного наблюдения за ходом плавки. На 7-17 показана схема такого устройства, установленного на гляделке / и состоящего из призмы 2, объектива 3 и экрана 4. Все устройство помещено в кожухе 5 и может иметь весьма длинные трубы, проходящие через стенку защитной камеры 6. Существуют устройства, где наблюдение может осуществляться и на экране, и через окуляр, которые размещаются 'над пультом управления печью.

В зависимости от способа приема излучения излучающего диода — визуального или невизуального — оптические свойства излучения диода описываются световыми или энергетическими параметрами. При визуальной передаче информации (в знаковых индикаторах, при подсветке надписей и пусковых кнопок, для индикации состояния электронного устройства и т. п.) приемником излучения служит человеческий глаз. Невизуальная передача информации характеризуется тем, что обнаружение потока излучения от диода, работающего обычно в инфракрасном диапазоне, исключает человеческое зрение и осуществляется физическим фотоприемником. К невизуальной области применения относятся, например, устройства считывания с перфокарт и перфолент вычислительных машин, всевозможные оптические устройства связи и сигнализации и т. п.

Визуальный контроль — внешний осмотр изделия. Перед контролем изделие должно быть тщательно очищено от всех видов загрязнений. Основной задачей визуального контроля является проверка правильности монтажа, качества паяных н сварных соединений, проверка внешнего вида на соответствие чертежу и т. д. В отдельных случаях при визуальном контроле паяных и сварных соединений, топологии печатных плат и т. п. применяют оптические устройства: зеркала, лупы и микроскопы. Так, зеркала используют для осмотра недоступных и скрытых поверхностей, а лупы и микроскопы — для обнаружения мелких дефектов.

Требования, предъявляемые к электроизмерительной технике, повышались, необходимо было не только визуальное наблюдение, но и фиксация, изменений измеряемой величины во времени. Создаются ^амоеишущне приборы, представляющие собой сочетание измерительного механизма — основного элемента приборов непосредственной оценки—и устройства для записи на бумаге медленно изменяющихся электрических величин постоянного и переменного тока (установившийся режим) низкой частоты (см. гл. XVII). Для наблюдения же и фиксации (фотографирования) мгновенных значений тока и напряжения, а впоследствии и мощности переменного тока в расширенном диапазоне частот (до нескольких тысяч герц) создаются особые приборы— электромеханические осциллографы (см. гл. XVII). Приборы эти включают измерительный механизм, приспособленный для работы в цепи переменного тока (так называемый вибратор), электромеханические и оптические устройства, позволяющие наблюдать на матовом экране кривые переменного тока и фотографировать их (сначала на фотобумагу, а впоследствии на пленку и бумагу при дневном свете).

применение. В них под воздействием магнитного поля могут образовываться полосовые и цилиндрические магнитные домены. В свободном состоянии, т. е. при отсутствии стороннего магнитного поля, домены имеют вид извилистых полос, образующих лабиринтную структуру ( 34) чередующейся полярности (условно показаны как белые и черные полосы). Каждый полосовой домен пронизывает всю толщину пленки и образует свободные полюса на обеих ее поверхностях. Магнитные моменты доменов разного знака взаимно компенсируются, и результирующий магнитный момент пленки равен нулю. Полосовой доменной структуре можно придать упорядоченный вид воздействием импульса формирующего тока. Под воздействием формирующего тока домены распространяются вдоль каналов, заданных его полем. Если пленка выполнена из материала с высокой коэрцитив-ностью, то приобретенная структура «запоминается» и продолжает существовать после окончания импульса формирующего тока. Этим способом выполняют различные магнитно-оптические устройства. Так, с помощью системы проводников ( 35, а) можно на пленках из прозрачных магнетиков получать ( 35, б—г) различные полосовые доменные структуры, часто называемые страйп-струк-турами. В оптике такие устройства применяются в качестве дифракционных решеток. Для формирования магнитного эквивалента зонной пластинке Френеля формирующему проводнику придают вид бифилярной спирали ( 35, д). Полученную спиральную доменную структуру ( 35, е) используют в качестве магнитоуправ-ляемой линзы, способной включаться и выключаться за время порядка 10 не. Воздействие на лабиринтную доменную структуру внешнего (стороннего) магнитного поля, перпендикулярного к поверхности пленки, приводит к уменьшению площади доменов, имеющих обратную (по отношению к этому полю) намагниченность. По мере возрастания напряженности стороннего поля домены обратной намагниченности претерпевают разрывы, затем приобретают форму гантели и, нако-

Одно из преимуществ селеновых волноводов с металлическим покрытием заключается в том, что эта структура позволяет сконструировать волноводные акусто-оптические устройства на пьезоэлектрических подложках, используя сильный акусто-оптический эффект в a-Se. Посколь-

Настало время, когда полупроводниковый инжекционный лазер можно исполь зовать в быстродействующих линейных ПУ с высоким разрешением. В настоящее время полупроводниковые инжекционные лазеры и оптические устройства стали очень надежными, разработана технология электрофотографии и стоимость полупроводниковых ЗУ постоянно снижается. Это относится и к текстовым процессорам, обладающим возможностями ЭВМ.

Одно из преимуществ селеновых волноводов с металлическим покрытием заключается в том, что эта структура позволяет сконструировать волноводные акусто-оптические устройства на пьезоэлектрических подложках, используя сильный акусто-оптический эффект в a-Se. Посколь-

Настало время, когда полупроводниковый инжекционный лазер можно исполь зовать в быстродействующих линейных ПУ с высоким разрешением. В настоящее время полупроводниковые инжекционные лазеры и оптические устройства стали очень надежными, разработана технология электрофотографии и стоимость полупроводниковых ЗУ постоянно снижается. Это относится и к текстовым процессорам, обладающим возможностями ЭВМ.

Волоконно-оптические каналы. Стекловолокно предоставляет проектировщику системы связи ширину полосы частот, которая на несколько порядков больше, чем у каналов с коаксиальным кабелем. В течение прошедшего десятилетия были разработаны оптические кабели, которые имеют относительно низкое затухание для сигнала, и высоконадёжные оптические устройства для генерирования и детектирования сигнала. Эти технологические достижения привели к быстрому освоению таких каналов как для внутренних систем электросвязи, так и для трансатлантических и мировых систем связи. С учётом большой ширины полосы частот, доступной на волоконно-оптических каналах,