Оптоэлектронные пары

Основным элементом оптоэлектроники является оптоэлектронная пара. Оптопарой называют прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприемник, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными. Одна из связей (оптическая или электрическая) может отсутствовать. В состав единого прибора вместе с оптопарой или несколькими оптопарами могут входить дополнительно микроэлектронные или оптические элементы. И конструктивно, и функционально такие приборы существенно отличаются от элементарной оптопары, поэтому в литературе принят термин “оптрон”.

Основные функциональные разновидности приборов представлены на рис.15. Оптопара с прямой оптической и оборванной электрической связью используется как элемент развязки, получила широкое распространение (рис. 15,а). Оптрон с прямой электрической и оборванной оптической связями (рис. 15,б) т. е. оптрон с оптическим входом и выходом, представляет собой преобразователь спектра или направления поляризации, некогерентное в когерентное и т.д. В оптроне с электрической и оптической связями (рис.15,в) при определенных условиях может осуществляться частичная регенерация (восстановление) входного сигнала – регенеративный оптрон. Такой прибор может использоваться для контроля оптических (и других) свойств сред.

Важным элементом оптопары является оптический канал между излучателем и приемником. Существуют три разновидности каналов. Прежде всего это простой светопровод, предназначенный для передачи энергии излучения. Чаще всего он выполняется в виде прозрачной иммерсионной среды. Возможно и такое конструктивное решение, при котором в зазор между излучателем и приемником имеется доступ извне. В этом случае мы имеем оптопару с открытым оптическим каналом.

Рис. 15. Электрические и оптические связи в оптронах:

а – оптопара для электрической развязки; б – оптрон с оптическим входом и выходом; в – регенеративный оптрон; И - излучатель; УС - усилительное устройство схемы питания; ФП – фотоприемник

Рис. 16. Основные виды оптопар

Наконец, иммерсионная среда может быть выполнена из материала, светопередача которого изменяется при внешних воздействиях, такой прибор называют оптопарой с управляемым оптическим каналом. В качестве элементов оптопары, используемых для приема излучения, могут использоваться различные элементы: диоды, резисторы, транзисторы, тиристоры и т.д. (рис. 16).

Функциональные возможности оптронов очень широки (табл.). Отметим, что в каждой строке таблицы оптрон выступает не просто как аналог того или иного традиционного элемента, а как прибор, осуществляющий заданную функцию принципиально по-иному, с добавлением новых важных свойств. Так, переменные резисторы на основе оптопар не содержат подвижных механических контактов - источников шумов и ненадежности; волострон, в отличие от металлического провода, кроме передачи сигнала обеспечивает и электрическую развязку, помехозащищенность, скрытность. Несомненно, что по мере совершенствования конструкций и технологии, улучшения параметров функциональная значимость оптронов в микроэлектронике будет возрастать.

Таблица 3