Оптико-электронные приборы и их применение
- 2 -
2ПЛАН РЕФЕРАТА
1. Специальность "Оптико-электронные приборы и системы".
2 Примеры использования лазера:
Оптико-волоконная связь;
Лазерная локация.
3. Оптроны и их применение
Особенности оптронов;
Устройство оптронов;
Применение:
- передача информации;
- замена электромеханических изделий.
4. Выписка из правил внутреннего распорядка
5. Список использованной литературы
- 3 -
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
Студенты по специальности "Оптико-электронные устройства и систе-
мы" изучают область техники, которая включает в себя совокупность
средств и методов связанных с разработкой, изготовлением, исследовани-
ем и эксплуатацией приборов, устройств и систем оптического диапазона
излучения.
Специалисты по данной специальности, связанны с разработкой уст-
ройств оптических систем, объемным изображением информации (голографи-
ей), оптическими методами контроля и управления сложными техническими
исследованиями.
Оптическим диапазоном называется участок спектра электромагнит-
ного излучения, соответствующий длинам волн 0,01 ... 0,38 мкм и часто-
там 3*10 512 0 ... 3*10 516 0 Гц. Со стороны более коротких волн он примыкает
к рентгеновскому диапазону, а со стороны более длинных - к радиодиапа-
зону. Часто оптический диапазон делят на три поддиапазона: ультрафио-
летовые, видимые, и инфракрасные волны.
К оптико-электронным приборам и устройствам относятся различные
элементы радиоэлектронной аппаратуры: фото- и свето- диоды, фототран-
зисторы, фоторезисторы, оптроны (делящиеся по устройству фотоприемника
и светоизлучателя), различные знакогенераторы (делящиеся по способу
излучения, использованного материала), электронно-лучевые трубки (ки-
нескопы, осциллоскопы и т.д.), лазеры, системы оптико-волоконной свя-
зи, и т.д. Слово "лазер" составлено из первых букв английской фразы,
означающей: "усиление света при помощи вынужденного излучения". Лазер
- это оптический квантовый генератор.
Сам лазер часто именуется по материалу активного элемета. Так ла-
зеры делятся на: твердотельные, газовые, газодинамические, полупровод-
никовые, жидкостные.
Лазеры нашли широкое применение в различных отраслях: в медицине,
в авиации, в приборостроении, радиоэлектронике, радиолокации, связи и
в других областях народного хозяйства.
Трудно представить себе человечество без радио, так прочно оно
вошло в нашу жизнь. Но потребность в связи растет, растет неимоверно
быстро. И на выручку приходит лазерный луч.
- 4 -
3Примеры использования лазеров: 0
2ОПТИКО-ВОЛОКОННАЯ СВЯЗЬ 0
Атмосферные оптические системы связи не имеют массового распрост-
ранения, в связи с серьезными недостатками: проблемой наведения антен-
ны на корреспондента и сопровождения в процессе связи, что обусловлено
чрезвычайно малой шириной диаграммы направленности антенны. В случае
движущихся объектов, как, например, при связи в космическом пространс-
тве, обеспечение требуемой точности вызывает значительные трудности.
Другая проблема - обеспечение высокой надежности ввиду сильного роста
потерь света за счет осадков и загрязнений атмосферы.
Сегодня во многих случаях электрические линии связи заменяют оп-
тическими: вместо проводов, по которым бегут электрические сигналы,
используют оптические волокна, внутри которых распространяется соот-
ветствующим образом промодулированное лазерное излучение. У оптических
линий связи нет таких недостатков, как принципиальная невозможность
идеальной развязки между входом и выходом, чувствительность к всевоз-
можным внешним наводкам.
Оптическое волокно - это тонкая нить из прозрачного диэлектрика,
например из кварцевого стекла, диаметром от 1 мкм до 100 мкм. Волокно
является прекрасным световодом; излучение лазера оказывается почти
полностью "запертым" внутри него.
Важной характеристикой волокна является величина потерь излучения
в волокне, отнесенная к единице длины волокна. Потери измеряют в еди-
ницах, называемых децибелами на километр (дБ/км).
Волоконно-оптические системы связи применяются для соединения
АТС крупных городов, внутризоновой и магистральной связи, магистралей
интернета. Основные достоинства: высокая защищенность по отношению к
внешним электромагнитным помехам, большая пропускная способность при
малом поперечном сечении волоконного кабеля и малой погонной массе,
компактность и малое энергопотребление оборудования.
Волоконные оптические системы связи предназначаются в настоящее
время в основном для передачи цифровых сигналов со скоростями передачи
8,448; 34,368; 139,264 и 564,9 Мбит/с. Особенностью волоконных ОСС яв-
ляется также отсутствие антенн; источники света и фотодетекторы присо-
- 5 -
единяются либо непосредственно к торцевым частям волокна, либо через
согласующие микролинзы.
В качестве основных источников света в аппаратуре волоконных ОСС
используются полупроводниковые инжекционные гетеролазеры.
Используемые лазеры обеспечивают мощность излучения до 40 мВт при
КПД до 20% и допускают модуляцию по току накачки в полосе примерно до
1 ГГц. Особенностью передатчиков волоконных ОСС является необходимость
стабилизации температуры лазера и тока накачки.
На линиях малой протяженности и небольшой пропускной способности
иногда применяются светоизлучающие диоды.
В качестве приемных устройств используются приемники прямого де-
тектирования, в которых фотодетекторами служат pin-фотодиоды либо ла-
винные фотодиоды.
2ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ 0
Лазерные локаторы используют как для определения расстояния (нап-
ример между Землей и Луной), так и на летательных аппаратах (автомати-
ческая стыковка космических кораблей), обнаружение и опознавание уда-
ленных от наблюдателя объектов, слежение за перемещением этих объек-
тов. Как и в радиолокации, в оптической локации для обнаружения объек-
та и получения информации о нем используются импульсы излучения, отра-
женные объектом. Лазерный локатор позволяет более точно определять ко-
ординаты и скорость объекта. Более того, он дает возможность выявлять
размеры объекта, его форму, ориентацию в пространстве.
Преимущества лазерной локации связаны с острой направленностью
лазерных пучков, высокой частотой оптического излучения, исключительно
малой длительностью световых импульсов.
Высокая частота оптического излучения позволяет более точно изме-
рить скорость объекта с помощью эффекта Доплера.
Широко лазеры применяются в военном деле как прицелы и указатели
цели. Под стволом автомата или винтовки укреплен маленький лазер. Его
луч, параллельный траектории пули, дает на мишени яркое пятно. Целить-
ся, ловить мишень в пререкрестье прицела не нужно: издали видно, куда
попадет пуля. Точно так же наводят ракеты и авиабомбы. Только в этих
случаях лазер устанавливают на самолете, а за световым зайчиком следит
автоматическая система наведения на самой ракете.
- 6 -
3Оптроны и их применение 0
Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых име-
ются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с
тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конс-
труктивно связанные друг с другом.
Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В из-
лучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в
фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отк-
лик.
По степени сложности структурной схемы среди изделий оптронной
техники выделяют две группы приборов. Оптопара представляет собой оп-
тоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фо-
топриемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обес-
печивающая электрическую изоляцию между входом и выходом. Оптоэлект-
ронная интегральная микросхема представляет собой микросхему, состоя-
щую из одной или нескольких оптопар и электрически соединенных с ними
одного или нескольких согласующих или усилительных устройств.
2ОСОБЕННОСТИ ОПТРОНОВ 0
Достоинства этих приборов базируются на общем оптоэлектронном
принципе использования электрически нейтральных фотонов для переноса
информации. Основные из них следующие:
- возможность обеспечения идеальной электрической (гальваничес-
кой) развязки между входом и выходом;
- возможность реализации бесконтактного оптического управления
электронными объектами;
- однонаправленность распространения информации по оптическому
каналу, отсутствие обратной реакции приемника на излучатель;
- широкая частотная полоса пропускания оптрона; - невосприимчи-
вость оптических каналов связи к воздействию элект-
ромагнитных полей, защищенность от помех и утечки информации, а также
исключает взаимные наводки.
Оптронам присущи и определенные недостатки: - значительная пот-
ребляемая мощность, обусловленная необходи-
- 7 -
мостью двойного преобразования энергии; - повышенная чувствительность
параметров и характеристик к воз-
действию высокой температуры; - более или менее заметная временное
ухудшение параметров; - относительно высокий уровень собственных
шумов. Однако их достоинства столь высоки, что обеспечивают уве-
ренную
внеконкурентность оптронов среди других приборов микроэлектроники.
2УСТРОЙСТВО ОПТРОНОВ 0
В оптронах используются фотоприемники различных структур, чувс-
твительные в видимой и ближней инфракрасной области, так как именно в
этом диапазоне спектра имеются интенсивные источники излучения и воз-
можна работа фотоприемников без охлаждения. Оптроны принципиально мо-
гут работать в наносекундном (гигагерцовом) диапазоне. Наиболее уни-
версальными являются фотоприемники с р-n -переходами (диоды, транзис-
торы и т.п.), в подавляющем большинстве случаев они изготавливаются на
основе кремния и область их максимальной чувствительности находится
вблизи ~0.7...0.9 мкм.
Основные требования к излучателям оптронов: спектральное согласо-
вание с выбранным фотоприемником; высокая эффективность преобразования
энергии электрического тока в энергию излучения; высокое быстродейс-
твие; простота и удобство возбуждения и модуляции излучения.
Различные разновидности излучателей: - миниатюрные лампы накали-
вания; - неоновые лампочки; - порошковая электролюминесцентная
ячейка; - тонкопленочная электролюминесцентная ячейка; - полупро-
водниковый инжекционный светодиод. Первым двум видам излучателей
свойственны невысокая светоотдача,
низкая устойчивость к механическим воздействиям, ограниченная долго-
вечность, большие габариты, полная несовместимость с интегральной тех-
нологией. Тем не менее в отдельных видах оптронов они могут находить
применение.
Основным наиболее универсальным видом излучателя, используемым в
оптронах, является светодиод. Это обусловлено следующими его достоинс-
твами: высокое значение КПД преобразования электрической энергии в оп-
тическую; узкий спектр излучения; широта спектрального диапазона, пе-
рекрываемого различными светодиодами; направленность излучения; высо-
кое быстродействие; малые значения питающих напряжений и токов; сов-
- 8 -
местимость с транзисторами и интегральными схемами; возможность работы
как в импульсном, так и в непрерывном режиме; высокая надежность и
долговечность; малые габариты.
Укажем, наконец, на немаловажный факт практического совпадения
оптической плотности основных материалов, из которых изготавливаются
излучатели (арсенид галлия и соединения на его основе) и фотоприемники
(кремний). Это, по крайней мере принципиально, позволяет рассчитывать
на полное оптическое согласование генераторного и приемного блоков
оптрона.
2ПРИМЕНЕНИЕ 0
В качестве элементов гальванической развязки оптроны применяются:
для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная раз-
ность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройство
от помех и наводок; для сопряжения ИС, имеющих различные потенциальные
уровни логических состояний; для развязки шин питания от земли и т.п.
Во всех этих применениях оптроны служат для передачи информации между
блоками, не имеющими замкнутых электрических связей, и, как правило,
не несут самостоятельной функциональной нагрузки.
Другая важнейшая область применения оптронов - оптическое, бес-
контактное управление сильноточными и высоковольтными цепями. Запуск
мощных тиристоров, триаков, симисторов, управление электромеханически-
ми релейными устройствами и приводом станков, коммутация силовых линий
электропитания - вот те функции, которые выполняют управляющие оптроны
и оптронные микросхемы релейного типа.
Специфическую группу управляющих оптронов составляют резисторные
оптроны, предназначенные для слаботочных схем коммутации в сложных
устройствах визуального отображения информации, выполненных на элект-
ролюминесцентных (порошковых) индикаторах, мнемосхемах, экранах.
Создание "длинных" оптронов (приборов с протяженным гибким воло-
коннооптическим световодом) открыло совершенно новое направление при-
менения изделий оптронной техники - связь на коротких расстояниях. Сю-
да относятся связи между платами внутри ЭВМ, связи между стойками и
между отдельными ЭВМ; выносные щупы контрольно-измерительных приборов,
аппаратура контроля высоковольтных линий электропередач и другие ради-
оэлектронные устройства, нуждающиеся в коротких помехозащищенных на-
дежных связях.
- 9 -
Различные оптроны (диодные, резисторные, транзисторные) находят
применение и в чисто радиотехнических схемах модуляции, автоматической
регулировки усиления и др.
Возможность изменения свойств оптического канала при различных
внешних воздействиях на него позволяет создать целую серию оптронных
датчиков: датчики влажности и загазованности, датчика наличия в объеме
той или иной жидкости, датчики чистоты обработки поверхности предмета,
скорости его перемещения и т.п. Особенно широкое распространение для
ввода информации в ЭВМ получили оптроны с открытым оптическим каналом.
Создание оптронов с фоторезисторами, свойства которых при освеще-
нии меняются по заданному сложному закону, позволяет моделировать ма-
тематические функции, является шагом на пути создания функциональной
оптоэлектроники.
Применение оптронов позволяет продвинуться в решении экологичес-
ких проблем, обеспечить абсолютную безопасность пользователя электро-
и радиооборудованием, контроль за состоянием окружающей среды.
ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ
Оптроны и оптронные микросхемы эффективно применяются для переда-
чи информации между устройствами, не имеющими замкнутых электрических
связей.
При передаче информации оптроны используются в качестве элементов
связи, и, как правило, не несут самостоятельной функциональной нагруз-
ки. Их применение позволяет осуществить весьма эффективную гальвани-
ческую развязку устройств управления и нагрузки, действующих в различ-
ных электрических условиях и режимах. С введением оптронов резко повы-
шается помехоустойчивость каналов связи; практически устраняются "па-
разитные" взаимодействия по цепям "земли" и питания.
Оптронные линии связи незаменимы при использовании аппаратуры в
условиях и режимах, опасных или недоступных для человека. Например, в
контрольно-измерительной аппаратуре, ядерной энергетике.
Введение оптических связей четко и полноценно решает известные
проблемы электрического сопряжения разнотипных электронных приборов и
устройств.
Бесконтактное управление мощными, высоковольтными цепями по опти-
ческим каналам весьма удобно и безопасно в сложных технических режи-
мах, характерных для многих устройств и комплексов промышленной элект-
роники. В этой области сильны позиции тиристорных оптронов. Оптроны с
- 10 -
фототиристорами успешно применяются также для дистанционного управле-
ния электромоторами, двигателями постоянного и переменного тока,
электромагнитными реле, мощными источниками света, высоковольтными
электронными лампами и т.п.
ЗАМЕНА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
В комплексе технических решений, ориентированных на повышение эф-
фективности и качества устройств автоматики, радиотехники, электросвя-
зи, промышленной и бытовой электроники, целесообразной и полезной ме-
рой является замена электромеханических изделий (трансформаторов, ре-
ле, потенциометров, реостатов, кнопочных и клавишных переключателей)
более компактными, долговечными, быстродействующими аналогами. Ведущая
роль в этом направлении отводится оптоэлектронным приборам и устройс-
твам. Дело в том, что весьма важные технические достоинства трансфор-
маторов и электромагнитных реле (гальваническая развязка цепей управ-
ления и нагрузки, уверенное функционирование в мощных, высоковольтных,
сильноточных системах) свойственны и оптронам. Вместе с тем оптоэлект-
ронные изделия существенно превосходят электромагнитные аналоги. Уп-
равление компактными и быстродействующими оптоэлектронными трансформа-
торами, переключателями, реле уверенно осуществляется с помощью интег-
ральных микросхем цифровой техники без специальных средств электричес-
кого согласования.
Разработчики, проектируя оптоэлектронные реле, естественно, не
стремятся воспроизвести все технические особенности электромагнитных
прототипов. Однако главные из них: гальваноразвязка входа и выхода и
уверенная коммутация высоковольтных, сильноточных цепей - являются
обязательными для реле с оптронами. Этими свойствами обладает группа
мощных оптоэлектронных переключателей, выпускаемых серийно в виде го-
товых изделий.
Высокими техническими показателями обладают полупроводниковые по-
тенциометры и переменные резисторы с оптическим управлением. Плавное,
дистанционное, малоинерционное изменение фотосопротивления по оптичес-
кому каналу не связано к тому же с "паразитным" фоном (шумом, потрес-
киванием), характерным для электромеханических потенциометров. Без
принципиальных затруднений удается организовать перестройку фотосопро-
тивления по любому функциональному закону.
- 11 -
ВЫПИСКА ИЗ ПРАВИЛ ВНУТРЕННЕГО РАСПОРЯДКА
"ПРАВ И ОБЯЗАННОСТЕЙ СТУДЕНТА
ПРИ НАХОЖДЕНИИ НА ТЕРРИТОРИИ МОСКОВСКОГО ИНСТИТУТА
РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
(технический университет)"
Пункт 15 настоящих Правил гласит, что студенты должны
иметь при себе студенческие билеты на территории университе-
та.
Необходимость студенческих билетов является обязатель-
ной для прохода на территорию, и он является как бы пропус-
ком на проходной.
Также, в случае нарушения пунктов 1-14 студенческий би-
лет служит для удостоверения личности.
Например, студент был замечен при курении в неустанов-
ленном для этого месте; член Администрации вправе потребо-
вать от него студенческий билет, который должен быть у сту-
дента обязательно.
Студенческий билет также необходим для пользования або-
нентским билетом в библиотеке, для получения и сдачи учебной
и другой литературы.
Вторым документом студента является Зачетная книжка.
При явке на экзамен или зачет студент обязан иметь при
себе зачетную книжку.
- 12 -
2СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 0
1. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника.-М.: Сов. радио, 1977.
2. Носов Ю.Р. Оптроны и их применение.-М.: Радио и связь, 1981.
3. Тарасов Л.В. Знакомтесь - лазеры! -М.: Радио и связь, 1988.
4. Системы радиосвязи Под ред. Н.И.Калашникова.-М.: Радио и
связь, 1988.
5. Транковский С.Д. Книга о лазерах.-М.: 1988г.
6. Степанов Б.И. Лазеры сегодня и завтра.-Минск.: 1987г.
7. Стерлигов В.Л. Лазеры в авиации.-М.: 1977г.
8. Федоров Б.Ф. Лазерные приборы и системы летательных аппара-
тов.-М.: 1979г.
9. Басов Н.Г. О квантовой электронике.-М.: 1987г.
5.12.99. Вагин Р.В.
Больше работ по теме:
Предмет: Экономика отраслей
Тип работы: Не выбран
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ