Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 34 из 102)
156
где х – доля атомов Al, замещающих атомы Ga (х≈0,3–0,45). Меняя состав активной области от GaAs (
=1,4 эВ) до Al0,17Ga0,82As ( =1,65 эВ), можно получить генерацию излучения в диапазоне длин волн от 0,9 до 0,75 мкм. Во втором случае, используя для создания эмиттеров InP, а для создания активной зоны – GaInAsP, можно получить генерацию излучения в диапазоне (нет строчки) составлять 10-3 нм и менее. ИЛН перспективны для использования в волоконно-оптических системах связи, устройствах оптической записи и считывания информации, лазерных принтерах, волоконный интерферометрах, системах накачки твѐрдотельных лазеров и др.Отдельную группу инжекционных лазеров, генерирующих в диапазоне длин волн 3–30 мкм, представляют лазеры, изготовленные на основе ПП структур из халькогенидов свинца: Pb1-xSnxTe, PbS1-xSex, Pb1-xSnxSe. Для работы таких инжекционных лазеров требуется глубокое охлаждение (до температур жидкого азота или гелия). Благодаря сильной зависимости
от температуры, давления и магнитного поля, для инжекционных лазеров на основе халькогенидов свинца возможна перестройка длин волн в значительном интервале, главная область их применения – устройства высокоразрешающей лазерной спектроскопии.Излучающие полупроводниковые приборы (ИПП), полупроводниковые приборы, преобразующие электрическую энергию в энергию оптического излучения. В качестве основных элементов ИПП используются излучающие диоды (ИД) – светодиоды и инфракрасные ИД, в которых энергия неосновных неравновесных носителей заряда, инжектированных под действием приложенного напряжения в активную область ИД, превращаются в энергию излучения в УФ, ИК или видимой области спектра. В зависимости от назначения ИПП разделяются на ПП генераторы излучения и ПП приборы отображения информации (ПП индикаторы).
Полупроводниковые генераторы излучения (ПГИ) предназначены для использования в волоконно-оптических линиях связи в пределах прямой видимости, в составе оптоэлектронных пар для преобразования электрического сигнала в оптический, а также для накачки твѐрдотельных лазеров.
Различают ПГИ спонтанного и стимулированного излучения. Мощность
ПГИ спонтанного излучения непрерывного действия в ИК области составляет
0,1–1 мВт при токе 10–20 мА (ПГИ малой мощности) и 10–500 мВт при токе 50– 3000 мА (мощные ПГИ); напряжение 1,5–3 В. В ПГИ малой мощности, как правило, используются плоские ИД с большой равномерно светящейся поверхностью, в мощных ПГИ – плоские и полусферические ИД ( Рисунок
1.13.14.)
Получили распространение ПГИ спонтанного излучения с высокой интенсивностью излучения (I) и малой излучающей поверхностью ИД, являющиеся наряду с полупроводниковыми лазерами основной элементной базой для создания ВОЛПИ. Типичные значения I таких ПГИ составляют 50–400 мВт при токе 50 мА в диапазоне длин волн 1,3–0,8 мкм соответственно; площадь излучающей поверхности (2–10).10-5 см2. Созданы также однострочные
157
излучающие матрицы (ИМ). ИМ, предназначены для записи на фоточувствительные носители (маломощные ИМ на основе светодиодов), для накачки лазеров на алюмоиттриевом гранате и др. (на основе мощных инфракрасных ИД). Количество элементов в ИМ обычно составляет 10–100 (шаг между элементами 0,05–5 мм). ИМ с шагом 0,5 мм и менее имеют, как правило, монолитную конструкцию, остальные ИМ – гибридную. Электрические и светотехнические параметры элементов ИМ такие же, как и у дискретных ПГИ.
Рисунок 1.13.18. Схема излучателя твѐрдотельного лазера с оптической накачкой: 1 – активный элемент; 2 – лампа накачки; 3 – отражатель; 4 – корпус отражателя; 6 – зеркала резонатора;
158
 |
Рисунок 1.13.19. Монолитная (а) и гибридная (б) конструкции полупроводникового индикатора: 1 – основание корпуса (держатель); 2 – светопровод; 3 – полупроводниковый кристалл; 4 – полость светопровода.
1.14 ЭЛЕМЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ
Оптическая запись и обработка информации.
Оптическое излучение, свет в широком смысле слова; электромагнитные волны, длины которых заключены в диапазоне с условными границами от 10 нм до 0,1 мм (диапазон частот примерно от 3.1016 до 3.1012 Гц). К оптическому излучению помимо воспринимаемого человеческим глазом видимого света относится ИК и УФ излучение.
Оптическое излучение классифицируют в зависимости от природы его возникновение (тепловое, люминесцентное), спектрального состава (например, белый свет, монохроматический свет), упорядоченности ориентации электрических и магнитных векторов (естественное, поляризованное линейно, эллиптически, частично), степени когерентности (когерентное, некогерентное), рассеяние потока излучения (направленное, диффузное, смешанное) и т. д.
Оптическая запись, способы записи информации, основанные на использовании оптического излучения. Оптическая запись(ОЗ) является частью цикла запись–хранение–считывание в оптических запоминающих устройствах.
Рисунок 1.14.1. Схема устройства побитовой оптической записи информации: 1 – лазер; 2 – модулятор света; 3 – поворотное зеркало; 4 – телескоп; 5 – дефлектор; 6 – объектив; 7 – носитель данных.
Различают побитовый (последовательный) и голографический (параллельный) способы оптической записи. При побитовом способе ОЗ каждому биту информации соответствует элементарный участок носителя информации с изменѐнными оптическими свойствами. Устройство побитовой ОЗ состоит из лазера, модулятора света, телескопа, объектива, носителя данных и устройства управления носителем данных или световым лучом (рис. 1). Управление лазерным излучением в соответствии с записываемой информацией осуществляется модулятором, а расширение лазерного пучка для уменьшения его расходимости – телескопом. В качестве носителя данных используют диски, ленты и фиши.
160
Рисунок 1.14.2. Схема устройства голографической оптической записи информации: 1 – лазер; 2 – светоделитель; 3 – поворотное зеркало; 4 – телескоп; 5 – входная страница; 6 – линза Фурье; 7 – носитель данных.
Высокая плотность записи (прядка 107-108 бит/см2) достигается уменьшением площади записываемого информационного бита (до 1 мкм), которая обеспечивается применением лазерных пучков с малой расходимостью и фокусировкой оптического излучения с помощью широкоапертурных объективов. В качестве оптических запоминающих сред используют в основном легкоплавкие металлические тонкие плѐнки (толщиной ~ 200-800 мм), которые пригодны для одноразовой записи и не только позволяют регистрировать бинарное распределение информации, но и обеспечивают запись серых тонов до 7 градаций.
При голографическом способе оптической записи информация, предназначенная для записи и хранения, расчленяется на отдельные массивы объѐмом до нескольких тысяч бит (страницы). Страница формируется устройством набора страниц (так называемым составителем страниц), в качестве которого используют пространственно–временной модулятор света (например, с электрическим управлением). Каждая страница записывается на отдельную голограмму (например, квазифурье–голограмму; рис. 2). Голографический способ оптической записи обеспечивает высокую надѐжность хранения информации и еѐ помехозащищѐнность от локальных дефектов оптической запоминающей среды (так как информация о каждом бите входной страницы распределена по всей площади голограммы), а также высокую плотность записи (~ 106 бит/см2).
161 Оптические запоминающие устройства
Оптические запоминающие устройства, запоминающие устройства, в которых по крайней мере, один из видов обращения информации (запись, считывание или стирание), осуществляется с использованием оптического излучения. В состав оптических запоминающих устройств входит: источник и приемник излучения, оптическая запоминающая среда (носитель данных), модулятор света, дефлектор, объективы, зеркала и др. устройства управления световым лучом. Оптические запоминающие устройства различают: по способу представления информации на носителе (побитный или голографический); по типу используемого носителя данных (диск, лента, фиш); по способу доступа к информации (последовательный или прямой); по типу источника излучения (когерентный или некогерентный).