Учебное пособие 164

изучать такие активные процессы в Земле, как извержения вулканов, предсказывать землетрясения. Более подробно выше приведенные вопросы можно изучить, проработав [2,4].

Вопросы для самопроверки к теме 6

1.Что собой представляет куперовская пара?

2.Как называется расстояние между двумя электронами в куперовской паре?

3.В чем сущность стационарного и нестационарного эффекта Джозефсона.

4.Что является носителями логической информации в цифровых устройствах построенных на элементах Джозефсона?

5.Что используют в качестве элементарной ячейки памяти в RSFQ устройствах?

Методические указания к теме 7

Оптоэлектронными называют приборы, которые чувствительны к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях, а также приборы, производящие или использующие такое излучение.

Излучение в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях относят к оптическому диапазону спектра. Обычно к указанному диапазону относят электромагнитные

волны с длиной от 1 нм до 1 мм, что соответствует частотам примерно от 0,5 • 1012 Гц до 5 • 1017 Гц. Иногда говорят о бо-

лее узком диапазоне частот — от 10 нм до 0,1 мм (=5 • 1012...5 • 1016 Гц). Видимому диапазону соответствуют длины волн от 0,38 мкм до 0,78 мкм (частота около, но меньше 1015 Гц).

На практике широко используются источники излучения (излучатели), приемники излучения (фотоприемники) и оптроны (оптопары).

19

Оптроном называют прибор, в котором имеется и источник, и приемник излучения, конструктивно объединенные и помещенные в один корпус.

Из источников излучения нашли широкое применение светодиоды и лазеры, а из приемников — фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры.

Широко используются оптроны, в которых применяются пары светодиод-фотодиод, светодиод-фототранзистор, свето- диод-фототиристор.

Фотодиод со структурой p-i-n обладает более высоким быстродействием и высокую чувствительность, по сравнению

собычными фотодиодами.

Кперспективным оптоэлектронным устройствам можно отнести дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку глаза (Virtual Retinal Display, VRD), OLED-и LEP-дисплеи, 3D

дисплеи на основе жидкокристаллических дисплеев, электро-

форетические дисплеи, SED (Surface-conduction Electronemitter Display) дисплеи. Более подробно выше приведенные вопросы можно изучить, проработав [2,4].

Вопросы для самопроверки к теме 7

1.Чем обусловлена высокая информационная емкость оптических каналов передачи информации?

2.Что называют люминесценцией?

3.От чего зависит цвет свечения светоизлучающего

диода?

4.Каков тип люминесценции в полупроводниках?

5.Каков диапазон видимых длин волн?

6.Каковы режимы работы фотодиода?

7.Какая отличительная особенность фотоприемников с внутренним усилением?

8.Какая отличительная особенность фотодиода со структурой p-i-n?

20

9. Каковы современные тенденции развития оптоэлектронных устройств?

Методические указания к теме 8

Лазер — генератор излучения, когерентного во времени и в пространстве, основанный на использовании вынужденного излучения.

Лазерное излучение характеризуется пространственновременными и энергетическими параметрами.

В группе пространственно-временных выделяют следующие параметры:

-частота лазерного излучения — средняя частота (или средняя длина волны) спектра лазерного излучения;

-ширина линии лазерного излучения v — расстояние между точками контура спектральной линии лазерного излучения, соответствующими половине интенсивности линии в максимуме;

-расходимость лазерного излучения P — плоский или телесный угол, характеризующий угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения;

-время готовности лазера tГОТ - время, необходимое для достижения лазером эксплуатационных (номинальных) параметров с момента его включения.

К энергетическим параметрам лазера относятся прежде всего энергия и мощность лазерного излучения. Энергия определяет энергетические возможности лазера,

В настоящее время лазеры перекрывают диапазон от ультрафиолета до субмиллиметровых волн, достигнуты первые успехи в создании рентгеновских лазеров, созданы перестраиваемые по частоте лазеры.

В настоящее время перспективно направление кремние-

вой фотоники Optical Silicon, или Silicon Photonic, — это науч-

ные исследования и разработки, находящиеся на стыке квантовой оптики и кремниевой электроники. В рамках этого направ-

21

ления создан гибридный кремниевый лазер, который был продемонстрирован компанией Intel. Это можно рассматривать как прорыв кремниевой фотоники на новой уровень.

Из перспективных технологии оптической записи информации можно выделить многослойные оптические носители для приводов на базе красного и фиолетовых лазеров и системы топографической записи. Более подробно выше приведенные вопросы можно изучить, проработав [2,4].

Вопросы для самопроверки к теме 8

1.В чем сущность когерентного излучения?

2.Что называется накачкой в лазере?

3.Какова роль ПОС в лазере?

4.Что используют в лазере в качестве звена ПОС?

5.Какой вид накачки применяется в полупроводниковых лазерах?

6.Каковы режимы работы лазеров?

7.Каковы современные направления развития устройств оптической записи информации?

Методические указания к теме 9

На основе эффектов дифракции и рефракции света на ультразвуковых волнах создаются активные оптические элементы, позволяющие управлять всеми параметрами светового луча, а также обрабатывать информацию, носителем которой являются как световая, так и звуковая волны.

Различают два вида (режима) дифракции, отличающиеся разными дифракционными спектрами: Рамана - Ната и Брэгга. Дифракция Рамана - Ната наблюдается на низких звуковых частотах и при не слишком большой длине взаимодействия (глубине акустического поля).

Акустооптические дефлекторы и сканеры - устройства для управления направлением светового луча в пространстве. Сканеры предназначаются для непрерывной развертки луча; в

22

дефлекторе имеется набор фиксированных направлений, по которым должен отклоняться световой луч

Акустооптические модуляторы предназначены для управления интенсивностью световых пучков на основе перераспределения световой энергии между проходящим и дифрагированным светом.

Акустооптические фильтры - устройства, позволяющие выделить из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн, удовлетворяющих условию Брэгга. Изменяя частоту звука, можно выделяемый интервал перемещать по оптическому спектру в широких пределах.

Акустооптические процессорыустройства обработки СВЧ-сигналов, которые, в отличие от цифровых вычислительных машин, позволяют производить обработку информации в реальном масштабе времени. Более подробно выше приведенные вопросы можно изучить, проработав [2,4].

Вопросы для самопроверки к теме 9

1.Что собой представляет акустооптическая ячейка?

2.В чем сущность эффекта фотоупругости?

3.В чем отличие дифракционных спектров РаманаНата и Брэгга?

4.Что происходит с максимумами при наклонном падении света в дифракции Рамана – Ната?

5.Каким параметром варьируют в акустооптических дефлекторах и сканерах для изменения направления светового луча?

6.Отчего в акустооптическом дефлекторе зависит по-

лоса пропускания f и разрешающая способность N ?

7. Почему в акустооптических модуляторах не используют модуляцию проходящего излучения?

23

8.Использование, каких звуковых сигналов в акустооптических модуляторах позволяет управлять интенсивностью светового луча?

9.Чем определяется быстродействие акустооптического модулятора?

10.Использование, каких звуковых сигналов в акустооптических фильтрах позволяет управлять диапазоном выделяемых длин волн?

11.Почему коллинеарные акустооптические фильтры получили большее распространение, чем неколлинеарные?

12.Каков характер обработки сигнала в акустооптическом процессоре?

Методические указания к теме 10

Акустоэлектронные устройства на ПАВ включают в себя как простейшие линии задержки, фильтры, резонаторы, так

иболее сложные процессы аналоговой обработки сигналов.

Косновным элементам акустоэлектронным устройств можно отнести звукопроводы, преобразователи, отражательные структуры, волноводы, концентраторы.

Многоотводные линии задержки позволяют дискретно изменять время задержки. Дисперсионные линии задержки позволяют изменять время задержки в зависимости от частоты сигнала.

В полосовых фильтрах на ПАВ для формирования требуемого импульсного отклика применяется метод непосредственного и внешнего взвешивания.

Для осуществления плавной регулировки времени задержки в широких пределах может применяться метод преобразования частот. Устройство реализующее этот метод содержит две дисперсионные линии задержки, смесители и гетеродин. Более подробно выше приведенные вопросы можно изучить, проработав [2,4].

24

Вопросы для самопроверки к теме 10

1.В чем сущность пьезоэффекта?

2.Каковы параметры звукопроводов, применяемых в акустоэлектронных устройствах на ПАВ?

3.Чем определяется частота акустического синхрониз-

ма?

4.Какие эффекты учитывает температурный коэффициент задержки?

5.Для чего применяются отражательные структуры, концентраторы, многополосковый ответвитель?

6.Каким образом можно повысить избирательность фильтров на ПАВ?

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

по курсу ―Интегральные устройства радиоэлектроники‖

1.Цель и задачи курса. Классификация ИС по характеру обрабатываемых сигналов, степени интеграции, области применения. Система обозначений ИС.

2.Биполярные транзисторы. Принцип действия, характеристики и параметры.

3.Схемы включения биполярного транзистора, характеристики и параметры.

4.Структура интегрального биполярного транзистора. Основные технологические операции.

5.Модели. Общие характеристики и классификация.

6.Математическая модель биполярного транзистора,

ееосновные элементы.

7.Полевой транзистор с управляющим p-n переходом. Принцип действия, характеристики и параметры.

8.МДП-транзистор со встроенным каналом. Принцип действия, характеристики и параметры.

25

9.МДП-транзистор с индуцированным каналом. Принцип действия, характеристики и параметры.

10.Модель МДП-транзистора. Основные элементы мо-

дели.

11.Обзор современных технологий изготовления ИС.

12.Классификация и система обозначений транзисто-

ров.

13.Ячейка памяти на основе МДП-транзистора (Flash

память).

14.Приборы с зарядовой связью (ПЗС). Структура и принцип передачи информации.

15.Структура ПЗСсенсора.

16.Структура ПЗС-матрицы с кадровым переносом Достоинства и недостатки.

17.Структура ПЗС-матрицы с межстрочным переносом Достоинства и недостатки. Способы повышения чувствительности.

18.Спектральные характеристики ПЗС-матриц.

19.Процедуры обработки информации в цифровом фотоаппарате.

20.Перспективные устройства памяти.

21.Механизм генерации оптического излучения в полупроводниках.

22.Устройство, принцип действия, основные параметры, характеристики и области применения светоизлучающих диодов.

23.Фотодиод. Принцип действия, ВАХ и режимы ра-

боты.

24.Фотодиод. Характеристики и параметры.

25.Фототранзистор. Фотодиод со структурой p-i-n.

26.Принцип действия лазеров. Необходимые условия для генерации излучения, способы накачки

27.Параметры и режимы работы лазеров.

28.Полупроводниковые инжекционные лазеры. Устройство и область применения.

26

29.Современные устройства оптической записи ин-

формации.

30.Современные устройства отображения информа-

ции.

31.Сущность акустооптического взаимодействия. Дифракция Рамана-Ната и Брэгга.

32.Устройство, принцип действия, основные параметры и область применения дефлекторов на основе акустооптического взаимодействия.

33.Устройство, принцип действия, основные параметры и область применения модуляторов и фильтров на основе акустооптического взаимодействия.

34.Акустооптические процессоры и корреляторы. Принцип действия и основные параметры.

35.Основные физические процессы в сверхпроводящих переходах. Стационарный эффект Джозефсона.

36.Нестационарный эффект Джозефсона. Сверхпроводящие квантовые интерферометры.

37.Принцип работы акустоэлектронных устройств на ПАВ. Области применения.

38.Преобразователи ПАВ. Принцип действия и основные параметры.

39.Звукопроводы для устройств на ПАВ. Основные параметры.

40.Элементы устройств на ПАВотражательные структуры, волноводы, концентраторы.

41.Классификация линий задержки на ПАВ. Многоотводные линии задержки.

42.Линия задержки с однократной задержкой. Устройство, основные физические процессы и характеристики.

43.Дисперсионные линии задержки. Конструкции и основные характеристики.

44.Устройство, принцип действия фильтров на ПАВ.

45.Способы получения требуемых параметров и АЧХ при проектировании фильтров на ПАВ. Внешнее взвешивание.

27

46.Сущность метода непосредственного взвешивания

вфильтрах на ПАВ для получения требуемой АЧХ.

47.Способы получения регулируемой задержки в устройствах на ПАВ.

48.Резонаторы на ПАВ. Конструкции и основные па-

раметры.

4. ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

При выполнении контрольной работы студенты прорабатывают два вопроса, перечисленные в предыдущем разделе. Варианты контрольных работ представлены в табл. 3

28