Учебное пособие. — Новосибирск: СибГУТИ, 2017. — 614 с.: ил.
Пособие посвящено одному из самых современных и бурно развивающихся направлений электроники: оптоэлектронике. В нем отражено состояние и перспективы развития оптоэлектроники и нанофотоники, изложены физические основы оптоэлектронных и нанофотонных приборов, рассмотрены основные типы излучающих, фотоприемных и индикаторных приборов, а также вопросы их применения в аналоговых и цифровых устройствах.
Основное внимание уделено полупроводниковым оптоэлектронным приборам, устройствам и системам, применяемым в микроэлектронной и наноэлектронной аппаратуре инфокоммуникационных систем. Пособие ориентировано на студентов всех форм обучения технических специальностей вузов телекоммуникаций и информатики, а также родственных вузов, изучающих дисциплины «Электроника», «Приборы СВЧ и оптического диапазона», «Квантовая и оптическая электроника», «Микроэлектроника СВЧ», «Наноэлектроника», «Оптоэлектроника и нанофотоника».
Введение в оптоэлектронику.
Введение в комплекс оптических наук.
Особенности оптической электроники.
История развития оптоэлектроники.
Перспективы развития фотонных систем доступа.
Интеграция фотоники и СВЧ электроники.
Современное состояние и перспективы развития оптоэлектронной элементной базы.
Системы обозначений полупроводниковых приборов.
Тестовые вопросы к главе 1 «Введение в оптоэлектронику».
Физические основы оптоэлектроники.
Различие фотометрических и энергетических характеристик.
Фотометрические характеристики оптического излучения.
Энергетические характеристики.
Энергетические параметры.
Колометрические параметры.
Параметры оптического излучения.
Когерентность оптического излучения.
Квантовые переходы и вероятности излучательных переходов.
Ширина спектральной линии.
Использование вынужденных переходов для усиления электромагнитного поля.
Механизм генерации излучения в полупроводниках.
Прямозонные и непрямозонные полупроводники.
Внешний квантовый выход и потери излучения.
Излучатели на основе гетероструктур.
Поглощение света в твердых телах.
Оптические явления в полупроводниках.
Излучательная и спектральная характеристика.
Методы модуляции лазерного излучения.
Фотовольтаические эффекты в контактах.
Тестовые вопросы к главе 2 «Физические основы оптоэлектроники».
Оптические волноводы.
Абсолютный показатель преломления.
Законы отражения и преломления света.
Конструкция планарного симметричного оптического волновода.
Эффект Гуса-Хенхена.
Условие поперечного резонанса для планарного волновода.
Мода оптического излучения.
Конструкция цилиндрического волновода-стекловолокна (СВ).
Номинальная числовая апертура стекловолокна.
Квантование углов ϕ и ɣ в стекловолокне.
Уширение импульсных сигналов в стекловолокнах.
Рефракция света.
Стационарное волновое уравнение, для электрической компоненты поля световой волны и его решение.
Предельное число мод, способных распространяться по стекловолокнам.
Влияние оптического волокна на характеристики сетей связи.
Фотонно-кристаллическое волокно.
Сравнительная характеристика коаксиальных медных кабелей и стекловолокон.
Разрушение волоконных световодов под действием лазерного излучения.
Типы оптических волокон.
Тестовые вопросы к главе 3 «Оптические волноводы».
Приборы некогерентного излучения.
Источники света.
Основные характеристики и параметры светодиодов.
Конструкция светодиодов.
Основные схемы возбуждения светодиодов.
Выбор типа светодиода.
Модели светодиодов.
Светодиоды инфракрасного излучения.
Светодиодные источники повышенной яркости и белого света.
Ресурсосберегающие источники света.
Эксилампы.
Тестовые вопросы к главе 4 «Приборы некогерентного излучения».
Приборы и устройства когерентного излучения.
Физические основы усиления и генерации лазерного излучения.
Структурная схема лазера.
Лазеры на основе кристаллических диэлектриков.
Жидкостные лазеры.
Газовые лазеры.
Основные типы полупроводниковых лазеров.
Устройство и принцип действия инжекционного монолазера.
Устройство и принцип действия лазеров с гетероструктурами.
Волоконно-оптические усилители и лазеры.
Белые лазеры.
Тестовые вопросы к главе 5 «Приборы и устройства когерентного излучения».
Полупроводниковые фотоприемные приборы.
Принцип работы фотоприемных приборов.
Характеристики, параметры и модели фотоприемников.
Фотодиоды на основе p-n перехода.
Фотодиоды с p-i-n структурой.
Фотодиоды Шоттки.
Фотодиоды с гетероструктурой.
Лавинные фотодиоды.
Биполярные фототранзисторы.
Полевые фототранзисторы.
Фотоприемники ультрафиолетового излучения.
Фототиристоры.
Фоторезисторы.
Многоэлементные фотоприемники.
Тестовые вопросы к главе «Полупроводниковые фотоприемные приборы».
Оптроны.
Устройство и принцип действия оптронов.
Структурная схема оптрона.
Классификация и параметры оптронов.
Электрическая модель оптрона.
Резисторные оптопары.
Диодные оптопары.
Транзисторные оптопары.
Тиристорные оптопары.
Тестовые вопросы к главе 7 «Оптроны».
Индикаторные приборы.
Жидкокристаллические индикаторы.
Электролюминесцентные индикаторы (ЭЛИ).
Плазменные панели и устройства на их основе.
Электрохромные индикаторы.
Отображение информации индикаторными приборами.
Тестовые вопросы к главе 8 «Индикаторные приборы».
Применение оптоэлектронных приборов.
Применение оптронов в усилителях.
Применение оптронов в активных фильтрах.
Устройство и принцип действия оптоэлектронных генераторов.
Применение оптоэлектронных приборов в аналоговых ключах и регуляторах.
Применение оптронов для выполнения логических функций.
Применение оптронов как аналог электрорадиокомпонентов.
Применение оптоэлектронных приборов для измерения высоких напряжений и управления устройствами большой мощности.
Устройство и принцип действия оптических устройств записи информации.
Принцип лазерно-оптического считывания информации.
Принцип цифровой оптической записи и воспроизведения информации с компакт дисков.
Применение инфракрасных диодов.
Тестовые вопросы к главе 9 «Применение оптоэлектронных приборов».
Волоконно-оптические системы связи.
Общие сведения.
Волоконно-оптические системы распределения.
Оптические передатчики.
Цифровые волоконно-оптические системы связи.
Аналоговые волоконно-оптические системы связи.
«Умные» соединители на основе смартлинков.
Волоконно-оптические технологии для сетей доступа.
Медиаконверторы и их применение.
Тестовые вопросы к главе 10 «Волоконно-оптические системы связи».
Физические основы нанофотоники.
Введение в нанофотонику.
Классификация низкоразмерных объектов.
Квантовые эффекты в полупроводниках.
Оптические свойства наноматериалов.
Использование квантово-размерных эффектов для разработок лазеров.
Сравнение оптических свойств малоразмерных и объемных материалов.
Тестовые вопросы к главе 11 «Физические основы нанофотоники».
Нанофотонные приборы, устройства и системы.
Общие сведения.
Наноэлектронные лазеры с горизонтальными резонаторами.
Наноэлектронные лазеры с вертикальными резонаторами.
Лазеры с квантовыми точками.
Оптические модуляторы на квантовых ямах.
Фотодетекторы на основе квантовых ям сверхрешеток.
Наноэлектронные устройства и системы на основе жидких кристаллов.
Устройства и системы фотографирования.
Аналоговые и цифровые видеокамеры.
Смартфоны.
Лазерные дальномеры и их применение.
Лазерные системы идентификации.
Квантовая нанотехнология и ее продукция.
Тестовые вопросы к главе 12 «Нанофотонные приборы, устройства и системы».
Приложения:.
Параметры многомодовых ОВ типа G.651.
Параметры многомодовых ОВ типа G.651.
Параметры инжекционных лазеров и решеток лазеров.
Импульсно-периодические инжекционные лазеры.
Список принятых сокращений.
Список принятых обозначений.
Методические указания к комплексу лабораторных работ.
Задание на курсовую работу «Разработка волстрона методом наращивания функций».
Задание на РГР «Разработка оптоэлектронных устройств».