Elektronika va avtomatika

1.Asosiy qism
1.1. Optoelektronikani asosiy elementlari
Optoelektron asosiy elementli bo’lib optron hisoblanadi. Ichki (rasm 1, a) va tashqi (rasm 1, b) foton bog’lanishli optronlar farqlanadi. Eng oddiy optron to’rt qutbli element hisoblanadi (rasm 1, a) u uchta elementdan iborat: foton ulatgichlar 1; yorug’lik o’tgazuvchi 2 va yorug’lik qabul qiluvchi 3 u germetik yorug’lik o’tgazmaydigan korpusda joylashgan.

Rasm 1. Ichki (a) va tashqi (b) foton bog’lanishli optron: 1,6 – yorug’lik manbayi; 2 – yorug’lik o’tgazuvchi; 3,4 – yorug’likni qabul qiluvchi; 5 – kuchaytirgich.
Kirishga impuls yoki kirish tokini tushuvi ko’rinishida elektr signali berilsa fotonurlatgich g’alayonlanadi. Yorug’lik oqimi yorug’lik uzatgich orqali FQQ, uning chiqishida elektr impulsi yoki chiqish tokini tushuvi sodir bo’ladi. Bu hildagi optron elektr signallarini kuchaytirgichi hisoblanadi, bundagi ichki aloqa fotonli tashqi esa elektr.
Optronni boshqa hili – ichki elektr aloqali va tashqi fotonli aloqali (rasm 1, b) – yorug’lik signallarini kuchaytirgichi hisoblanadi shuningdek bitta chastotali signalni boshqa chastotali signaliga aylantiradi, masalan infraqizil nurlanish signallarini ko’rinadigan spektrdagi nurlanish signaliga aylantiradi. Yorug’likni qabul qiluvchi 4 kirishdagi yorug’lik signalini elektr signaliga aylantiradi. Shundan keyin kuchaytirgich 5 orqali kuchaytiriladi va yorug’lik manbayini 6 g’alayonlantiradi.
Hozirgi kunda turli maqsadga mo’ljallangan ko’p sonli optoelektron qurilmalar ishlab chiqilgan. Mikroelektronikada qoidaga ko’ra faqat o’sha optoelektron funksional elementlardan foydalanadi qaysiki ular uchun integratsiya imkoniyati mavjud shuningdek ularni tayyorlash texnologiyasi tegishli integral mikrosxemalarni tayyorlash texnologiyasi bilan mos kelsa.
Foto nurlatgichlar. Optoelektyronika tomonidan yorug’lik manbalariga shunday talablar qo’yiladi, miniaturlik kichik iste’mol qiymati, yuqori effektivligi va ishonchliligi uzoq ishlash muddati, texnologiklik kabi. Ular yuqori tez ishlashga, integral qurilmalar ko’rinishida tayyorlash imkoniyatiga ruhsat berishlari kerak.
Elektr lyuminasent manbalar sifatida keng tarqalishga injeksion svetodiodlar erishdilar, ularda yorug’lik chiqishi elektron va teshiklarni zonalararo rekanbinatsiya mexanizmi bilan aniqlanadi. Agar yetarlicha katta injeksiya toki o’tgazsak p – n o’tishni (to’g’ri yo’nalishda), shunda valent zonasidagi elektronlarni bir qismi o’tgazuvchanlik zonasiga o’tadi (rasm 2,). Valent zonasining yuqori qismida bo’sh holatlar (teshiklar) hosil bo’ladi, o’tgazuvchanlik zonasini past qismida esa – holatni to’yinishi sodir bo’ladi (o’tgazuvchanlik elektronlari).
Joylashuvni bunday inversiyasi muvozanatli hisoblanmaydi va fotonlarni HAOTIK nurlanishiga olib keladi elektronlarni teskari o’tishlarida. Bunda p – n o’tishda paydo bo’lgan kogirent bo’lmagan yorishish elektro lyuminasensiya hisonlanadi.



Rasm 2. Injeksion svetodiodni ishlash tamoyilini tushuntirishga.
Lyuminasent o’tishda o’tgazuvchanlik zonasini to’ldirilgan qismidan valent zonasini bo’sh qismiga nurlangan foton o’ziga o’xshash fotonga o’xshash nurlanish chiqaradi bunda u yana bir elektronni valent zonasiga o’tishga majbur qiladi. Ammo shunday energiyali foton (∆E=E2-E1 dan ∆E=2δE gacha) yutilishi mumkin chunki past holat bo’sh (u yerda elektronlar yo’q), yuqori holat esa to’ldirilgan. Bu shuni bildiradiki p – n o’tish shunday energiyali fotonlar uchun tiniq ya’ni shunday chastota uchun. Aksincha ∆E+2δE, dan katta bo’lgan energiyali fotonlar yutilishi mumkin elektronlarni valent zonasidan o’tgazuvchanlik zonasiga o’tgazayotib. Xuddi shu vaqtda fotonlarni chiqarayotganlar uchun bunday energiya yetarli emas, chunki yuqori dastlabki holat to’ldirilmagan past holat esa to’ldirilgan. Shunday qilib majburiy nurlanish tor diapozonda mumkin spektorini kengligi δE taqiqlangan zonadagi ∆Е energiyaga mos keluvchi chastota atrofidagi tor diapozonda.
Svetodiodlar uchun eng yaxshi material bo’lib galli artinidi galliy fosfidi kremniy fosfidi kremniy karvidi va boshqalar hisoblanadi. Svetodiodlar yuqori tez ishlashlikga ega (0,5 mks tartibida), ammo katta tok iste’mol qiladi (30 А/sm² atrofida). Keyingi vaqtlarda galliy orsinidi – alyuminiy asosidagi svetodiodlar ishlab chiqilgan ularni quvvati bir necha millivatni qissalaridan to’g’ri tokda o’nlab milliamperlarni tashkil qiladi. Svetodiodlarni FIK si 1 – 3 % dan oshmaydi.
Istiqbolli yorug’lik manbalari bo’lib injeksion lazerlar hisoblanadi, yuqori energiyani tor spektral sohada FIK si yuqori bo’lgan va tez ishlaydigan ( o’nlab pikosoniya) to’plash imkonioni beruvchi. Bu lazerlar o’sha texnologiya bo’yicha bitta tayanch kiristallida matritsa ko’rinishida tayyorlanishi mumkin integrall mikrosxemalardagi kabi. Oddiy injeksion lazerlarni kamchiligi bo’lib ular qabul qilsa bo’ladigan xarakteriskalarga juda past haroratlargacha sovutishlardan foydalangani hisoblanadi normal haroratlarda galliy orsenidili lazer kichik o’rta quvvatga ega past FIK ga ega (1% tartibida) uning ishlash muddati ham stabilligi uncha katta emas injekson lazerlarni yanada mukammalashtirish uchun murakkabrioq strukturaga o’tish getero o’tishlardan foydalanib (getero o’tish – bir xil elektr o’tgazuvchanlikga ega bo’lgan qatlamlar orasidagi chegara, ammo taqiqlangan zonani turli kenglikga ega bo’lgani) kichik o’lchamli yorug’lik manbayini olishi imkonini berdi normal haroratda ishlovchi FIK si 10 – 20 % va qabul qilsa bo’ladiga xarakteriskalari bilan.