Источники света (ИС)

Световоды

Элементная база оптоэлектроники

Лекция 4. Оптоэлектронные приборы

Содержание лекции:

- элементная база оптоэлектроники;

- световоды, источники света, фотоприемники;

- оптроны;

- переключательные полупроводниковые приборы.

Цели лекции:

- изучить элементную базу оптоэлектроники;

- изучить световоды;

- изучить устройство и принцип действия светодиода;

- изучить устройство и принцип действия фотодиода;

- изучить устройство и принцип действия оптронов;

- изучить устройство и принцип действия динисторов и тиристоров.

Оптоэлектроника – область электроники, занимающаяся вопросами преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот. Оптоэлектроника (ОЭ), возникла на стыке трех наук – физики твёрдого тела, оптики и электроники. Элементную базу ОЭ составляют: источники света, оптические среды (световоды) и фотоприемники.

Световоды – пучки тончайших нитей из прозрачного стекла, по которым свет распространяется в результате многократного внутреннего отражения от стенок. Через стекловолокно толщиной примерно нескольких микрон может быть передано более ста оптических сигналов с незначительными потерями. Если волокна изготовлены с примесью определенных химических элементов, то они могут усиливать световой сигнал.

Принцип действия ИС основан на использовании индуцированного излучения и электролюминесценции.

Индуцированное излучение осуществляется под действием внешних фотонов. Излучатели, работающие на этом принципе, – лазеры (аббревиатура от слов: light amplification by stimulated emission of radiation – усиление света за счёт индуцированного излучения).

4.3.1 Светодиод

В основе работы светодиода лежит излучательная рекомбинация в p-n - переходе. При прямом смещении инжектированные неосновные носители вблизи перехода рекомбинируют в базе с основными. При этом излучаются кванты света. Излучение может быть в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой частях спектра.

4.4 Фотоприёмники

В фотоприемнике или фотоэлектрическом приборе происходит преобразование лучистой энергии в электрическую.

Строится на трех основных фотоэлектрических явлениях: внутреннем и внешнем фотоэффекте и фотоэффекте в запирающем слое.

Рассмотрим фотодиод – фотоэлектронный прибор, в основу работы которого положен фотоэффект в запирающем слое, возникает ЭДС в p-n переходе под действием светового потока.

Имеет структуру обычного p-n перехода. Изготавливается из германия или кремния. При облучении происходит ионизация атомов исходного вещества в p-n переходе. Увеличивается собственная электропроводность, т.е. количество пар электронов и дырок.

Фотодиод может включаться без и с внешним источником:

а) без внешнего источника – называется вентильным или фотогенераторным режимом;

б) при наличии внешнего источника питания Е_вн – фотодиодным или фотопреобразовательным режимом.

Вольт-амперная характеристика I=f(U)|Ф= const приведена на рисунке 4.1).Здесь в IV квадранте отражен генераторный режим –образуется фотоэдс:

1) при I = 0 (режим холостого хода) U = j_ф – фотоэдс;

2) при U = 0 (режим короткого замыкания) течет ток I_кз;

3) при R_H ¹ 0 ток I = j_ф / R_H.

В III квадранте отражен фотодиодный режим. При Ф = 0 характеристика совпадает с обратной ветвью выпрямительного диода (темновой режим). С увеличением Ф увеличивается фототок I_Ф. Общий ток I_общ равен сумме I₀ - обратного токаи I_Ф -фототока I_общ=I₀+I_Ф.

В I квадранте – при Ф = 0 ВАХ как у выпрямительного диода.

Фотодиод включается в обратном направлении (так как I_Ф и I_обр соизмеримы), а фототок не отличить на фоне прямого тока.

Фотодиоды применяются для регистрации слабых низкочастотных световых сигналов, при преобразовании световой энергии в электрическую (солнечные батареи, источники питания), автоматике, фотометрии, при контроле наличия источников излучения и др.

Дата добавления: 2017-02-01