ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА, направление электроники, охватывающее вопросы использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации. О. возникла как этап развития радиоэлектроники и вычислительной техники, тенденцией к-рых является непрерывное усложнение систем при возрастании их информационных и технико-экономич. показателей (увеличение надёжности, быстродействия, уменьшение размеров и веса, см. Микроэлектроника). Идея использования света для обработки и передачи информации уже давно реализована: большая группа фотоприёмников (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов и пр.) служит для преобразования световых сигналов в электрические. Существуют также и преобразователи последовательности электрич. сигналов в видимое изображение (см. Электроннолучевые приборы). Вся же обработка информации в электрич. трактах радиоэлектронных устройств осуществлялась вакуумными и полупроводниковыми приборами.

О. отличается от вакуумной и полупроводниковой электроники наличием в цепи сигнала оптич. звена или оптич. (фотонной) связи. Достоинства О. определяются в первую очередь преимуществами оптической связи по сравнению с электрической, а также теми возможностями, к-рые открываются в результате использования разнообразных физ. явлений, обусловленных взаимодействием световых полей с твёрдым телом.

Из-за электрич. нейтральности фотонов в оптич. канале связи не возбуждаются электрические и магнитные поля, сопутствующие протеканию электрич. тока. Иными словами, фотоны не создают перекрёстных помех в линиях связи и обеспечивают полную электрич. развязку между передатчиком и приёмником, что принципиально недостижимо в цепях с электрич. связью. Передача информации с помощью светового луча (см. Модуляция света) не сопровождается накоплением и рассеиванием электромагнитной энергии в линии. Отсюда - отсутствие существенного запаздывания сигнала в канале связи, высокое быстродействие и миним. уровень искажения передаваемой информации, переносимой сигналом.

Высокая частота оптич. колебаний (10¹⁴-10¹⁵гц) обусловливает большой объём передаваемой информации и быстродействие. Соответствующая оптической частоте малая длина волны (до 10^-4-10^-5см) открывает пути для микроминиатюризации передающих и приёмных устройств О., а также линии связи. Миним. поперечные размеры светового луча - порядка длины волны А. Информационная ёмкость такого канала вследствие его большой широкополосности чрезвычайно высока.

Идеи О. возникли ещё в 1955, но известные в то время средства для взаимного преобразования электрич. и оптич. сигналов и для осуществления оптич. связи не обеспечивали необходимых эффективности, быстродействия, мощности светового потока, возможности микроминиатюризации. О. начала интенсивно развиваться лишь с 1963-65, после того как появились лазеры, полупроводниковые светоизлучающие диоды и волоконная оптика.

Осн. элементы О.: источники света (лазеры, светодиоды), оптич. среды (активные и пассивные) и фотоприёмники. Эти элементы применяются как в виде различных комбинаций, так и в виде автономных устройств и узлов с самостоятельными частными задачами. Существует 2 пути развития О.: оптический, основу к-рого составляет когерентный луч лазера (когерентная оптоэлектроника), и электрооптический, основанный на фотоэлектрич. преобразовании оптич. сигнала (о п т р о н и к а). Сущность оптроники состоит в замене электрич. связей в цепях оптическими. С когерентной О. связаны новые принципы и методы построения больших систем вычислительной техники, оптич. связи, запоминания и обработки информации, не имеющих аналогов в традиционной радиоэлектронике. Сюда относятся голография с её огромными возможностями записи, хранения и отображения больших массивов информации, ЭВМ с параллельным вводом информации в виде картин (машины с картинной логикой), сверхбыстродействующие вычислительные системы со скоростью обработки информации ~10⁹-10" операций в 1 сек, устройства памяти большой ёмкости (10¹⁰-10¹²бит), лазерное телевидение и прочие. Большие перспективы открывает когерентная О. перед многоканальной оптической связью.

Функциональная когерентная О., или интегральная оптика, является оптич. аналогом интегральной микроэлектроники. Её основу составляют диэлектрич. микроволноводы на жёсткой подложке. Они служат для передачи светового сигнала от одного функционального узла к другому и его преобразования.

В оптронике используются специфич. характеристики, получаемые в результате различных комбинаций источников света, передающих, управляющих сред и фотоприёмников. Преобразование сигналов в оптронике осуществляется пара-метрич. методом (см. Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний). Оптронные схемы по структуре значительно проще и функционально более ёмкие, чем полупроводниковые. Это обусловлено: 1) гальванической развязкой, вносимой оптической связью в электрические цепи, что снимает проблему их согласования по импедансам, напряжениям, частотам, повышает устойчивость; 2) простотой преобразования электрического сигнала в оптический (световой) и снова в электрический и оптического сигнала в оптический через этап электрического преобразования (оптронная цепь может управляться и управлять как электрическими, так и оптическими сигналами).

Основной структурный элемент оптроники - оптрон, Оптроны выполняют разнообразные схемные задачи: усиление и преобразование электрических и оптических сигналов, переключения, модуляции и др. Оптроны могут сочетать логические функции с функциями отображения и индикации, если источник излучения работает в видимой части спектра.

Лит.: Свечников С. В., Элементы оптоэлектроники, М., 1971; Фотоэлектрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника, сборник ст., под ред. Э. И. Адировича, Таш., 1972; ГеоргобианиА. Н., Широкозонные полупроводники A^II B^VI и перспективы их применения, "Успехи физических наук", 1974, т. 113, в. 1. С. В. Свечников.