6. Основни физични ефекти, използвани в оптоелектрониката.
Оптоелектроника- клон на електрониката, който обхваща ефектите от взаимодействието на оптично лъчение с електрони във вещества (главно в твърди вещества) и методи за създаване на инструменти и устройства, които използват тези ефекти за получаване, преобразуване, предаване, съхраняване и показване на информация
Основните ефекти на оптоелектрониката:
-фотопроводимост или вътрешен фотоелектричен ефекте увеличаване на електрическата проводимост на полупроводник или изолатор под въздействието на светлина.
-фотоволтаичен ефект- ако електродът на вакуумната лампа се облъчи със светлина, ще се получи емисия на електрони. Това явление се нарича фотоелектричен ефект. Ако обаче преходната повърхност в полупроводника е осветена, тогава ще се появи ЕМП. Това явление се нарича фотоволтаичен ефект и се дължи на факта, че в полупроводника при абсорбиране на фотони се образуват двойки електрон-дупка, които преодоляват потенциалната бариера в точката на преход. В резултат на това възниква ЕМП .;
-нелинейните оптични ефектиса нелинейни отговори на мощно оптично излъчване.
–магнитно-оптичният ефекте промяна в оптичните свойства (отражение, предаване, поляризация и т.н.) на вещество в зависимост от неговото намагнитване или от магнитното поле, приложено към него.
-електрооптичен ефект- Ефект на Покелс (промяна в показателя на пречупване, пропорционална на приложеното електрическо поле - нелинейно явление от втори ред) и ефект на Кер (промяна в показателя на пречупване, пропорционално на квадрата на приложеното електрическо поле - нелинейно явление от трети ред);-акустооптичен ефект- това са явленията на пречупване, дифракция, отражение или разсейване на светлина върху периодични нееднородности на средата, причинени отеластични деформации по време на преминаването на ултразвук.
-принудително излъчване на светлина- излъчването на светлина може да възникне по два начина. При първия метод електроните в атома, които са на енергийно ниво E2, без външна намеса преминават на по-ниско енергийно ниво E1, като същевременно излъчват квант светлина (т.нар. спонтанно излъчване). При втория метод електроните, разположени на ниво E2, се облъчват с светлина с определена дължина на вълната, докато атомът излъчва светлина, която напълно съответства по дължина на вълната и фаза на ефекта. Това е стимулирана или индуцирана радиация;
-луминесценциятае явление, при което вещество, поглъщайки енергията на светлината или друго излъчване (или под въздействието на различни химични реакции), преминава във възбудено състояние и след това, връщайки се в първоначалното си състояние, излъчва получената енергия под формата на светлина.
7. Фоторезистори. Предназначение, устройство, принцип на действие, основни параметри и характеристики.
Предназначение: fоторрезисторитеса предназначени за преобразуване на светлинни сигнали в електрически сигнали в постоянни и променливи вериги.Фоторезистор- полупроводников елемент, който променя електрическото си съпротивление под въздействието на външно лъчение.
Принцип на работа: Неговият принцип на работа се основава на вътрешния фотоелектричен ефект в полупроводниците. Фоторезисторът е слой (или филм) от полупроводников материал върху субстрат (или без него) с нанесени върху него електроди, чрез които устройството е свързано към електрическа верига. Под действието на радиационния поток, падащ върху работната повърхност на фоторезистора, неговото вътрешно съпротивление намалява поради генерирането на двойки свободни носителизаряд (електрони и дупки), поради което се увеличава електропроводимостта на полупроводника.
Кадмиевите сулфиди и селениди се използват като фоточувствителен материал. Материалите на базата на кадмий са чувствителни към радиация във видимата и близката инфрачервена област, а на основата на олово - при дължини на вълните 1-5 микрона
Фоторезисторът се държи като омичен резистор, т.е. съпротивлението му не зависи от приложеното напрежение или неговия знак.
При ниски стойности на осветеност съпротивлението на фоторезистора зависи значително от температурата. Също толкова забележим недостатък на фоторезисторите при ниска осветеност е инертността - при осветеност под 1 лукс времето за установяване на нова стойност може да бъде няколко секунди.
Спектралната характеристика показва чувствителността на фоторезистора при излагане на радиация с определена дължина на вълната. Чувствителността зависи от свойствата на материала на фоточувствителния елемент. Кадмиево-сулфидните фоторезистори имат висока чувствителност във видимата област на спектъра, кадмиевият селен - в червената и близката инфрачервена област, оловният сулфид - в инфрачервената област на спектъра.
Лукс-амперната характеристика на фоторезисторите показва зависимостта на светлинния ток, протичащ през фоторезистора, от осветеността.
Характеристиката ток-напрежение на фоторезисторите е линейна в широк диапазон на напрежение. Линейността се нарушава само при ниски стойности на напрежението.
Честота, характеризираща чувствителността на фоторезистора при излагане на светлинен поток, който се променя с определена честота. Наличието на инерция във фоторезисторите води до факта, че стойността на техния фототок зависи от честотата на модулация на падащия върху тях светлинен поток - с нарастваща честотасветлинен поток, фототокът намалява. Инерцията ограничава възможностите за използване на фоторезистори при работа с променливи високочестотни светлинни потоци.