Оптоэлектроника

Оптоэлектроника представляет собой раздел науки, занимающийся разработкой устройств для преобразования оптических сигналов в электрические или наоборот. В термин оптическое излучение включены электромагнитные волны видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазона. Разработанные на их основе приборы относятся к перспективному направлению, и постепенно на рынке электроники выходят в лидеры продаж. Элементы оптоэлектроники позволяют получить принципиально новое миниатюрное оборудование, открывают новые возможности для преобразования, передачи и хранения информации, способны заменить традиционные трансформаторы, реле, датчики.

Особенности оптоэлектронных устройств

Типовая оптоэлектронная система включает три составляющие: источник, приемник и оптическую среду для передачи информации. Ее созданию предшествовало развитие сразу нескольких направлений науки и техники, среди которых микроэлектроника, полупроводниковая и квантовая электроника. Широкие возможности были получены за счет создания сверхчистых материалов, а также появление все более совершенных технологий и приборов. В состав компонентов оптоэлектроники входит множество устройств для излучения или поглощения света. На их базе создаются сложные электронные приборы разного назначения, полный список компонентов приведен на сайте оптоэлектроники. 

К оптоэлектронной продукции относятся следующие изделия:

1. Лампы накаливания позволяют электрическую энергию преобразовать в видимый свет, источником которого служит вольфрамовая проволока. 
2. Галогенная лампа подобна лампе накаливания. Отличие в наполнении – это находящийся под давлением инертный газ с добавками галогенного элемента. Лампы отличают большие размеры и яркий свет.
3. Люминесцентные лампы газоразрядного типа работают по совершенно иному принципу. Конструкционно они выполнены в виде стеклянной трубки, заполненной парами ртути. Отличаются увеличенным сроком работы, имеют более высокие характеристики по светоотдаче и КПД.
4. Световые и лазерные диоды. К преимуществам относится высокий КПД, надежность и долговечность. Их внедрение позволило достичь экономии в размерах приборов. Диоды востребованы при организации систем индикации и световой сигнализации. Первый светодиод был разработан в 1962 году, имел красный цвет. В 1968 году было налажено промышленный образец. Постепенно ассортимент пополнился зелеными, желтыми инфракрасными светодиодами. В настоящее время возможно купить оптоэлектронику любого цвета. Начиная с 1989 года стоимость светодиодов приблизилась к доступной и было налажено их промышленное производство. Лазерные диоды по форме и размерам аналогичны светодиодам, но используют лазерный диапазон волн.  
5. Фоторезисторы относятся к полупроводниковой продукции, изготовлены из материала, который меняет свое сопротивление в зависимости от освещенности. Оно уменьшается на свету и резко увеличивается при помещении в темноту. Особенность в отсутствии p-n перехода, в способности фоторезисторов проводить ток в любом направлении, работать в сетях постоянного и переменного тока.
6. Фотодиоды используются для трансформации световой энергии в электрическую в виде сигнала. Относятся к полупроводниковой оптоэлектронике. Работают в режиме фотогенератора и фотопреобразователя. Сфера применения распространяется на бытовую электронику, медицинское оборудование, устройства дистанционного управления.
7. Солнечные элементы работают по принципу фотодиодов, но отличаются большими поверхностями, что позволило увеличить их чувствительность к солнечному свету. Помимо солнечных батарей, компоненты востребованы при создании детекторной продукции, используются для включения светочувствительных реле и индикаторов.
8. Фототранзисторы относятся к приемникам световой энергии с возможностью усиления фотопотока. Имеют отдельные электрические и оптические входы, что позволяет получить смещение сигналов о времени.
9. Оптроны представляет собой собранные в одном корпусе оптический излучатель приемник, объединенные оптической связью. К преимуществам относится отсутствие трение, искрения и износа. 

Световоды в оптоэлектронике

Оптоэлектроника позволяет отправлять информацию огромной емкости и с минимальными потерями. Для увеличения дальности передачи световой волны, используют специальные оптически прозрачные материалы, получившие название оптических волокон. Они позволяют отправлять огромные массивы информации на дальние расстояния. В качестве световодов могут использоваться тонкие стекловидные или пластмассовые нити, которые собираются в многожильные кабели и покрываются светоизолирующими материалами. Значение оптоволокна в отношении изображений сравнимо с электрическим кабелем при передаче электрических сигналов.

В случае сверхдальних расстояний возникает необходимость в использовании оптические усилители и ретрансляторы. Обмен информацией между элементами оптоэлектроники происходит посредством фотонов. Будучи нейтральными, частицы не реагируют на другие фотоны, электрические и магнитные поля. Таким образом можно получить гальваническую развязку входа и выхода и обеспечить защиту от помех. Оптоэлектроника открывает новые возможности для ЭВМ. В настоящее время данное направление только в стадии реализации. 

Развитие оптоэлектроники происходит по двум направлениям:

• оптическое;
• электронно-оптическое.

Внедрение оптоэлектронных компонентов в смартфоны и дисплеи позволяет значительно снизить стоимость устройств, уменьшить их размеры и вес. Технология открывает возможности для улучшения качества изображения, увеличения быстродействия, повышения надежности и долговечности оборудования.