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.


                                - 2 -                              2ПЛАН РЕФЕРАТА      1. Специальность "Оптико-электронные пр

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ