Оптопары (ликбез).

Оптоэлектронный прибор в широком смысле слова определяется как прибор, использующий для своей работы оптическое излучение. Формами этого использования могут быть генерация, детектирование, преобразование, передача. Однако практически этим термином обобщаются приборы и устройства, содержащие излучатели и приемники, взаимодействующие друг с другом. Приборы же, в которых выполняется лишь один вид преобразования, — излучатели, индикаторы, фотоприемники, модуляторы и другие — чаще рассматривают отдельно как элементы оптоэлектронных приборов и систем.

Оптопарой называют оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель на входе и фотоприемник на выходе (рис.1,а), взаимодействующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными, одна из связей (электрическая или оптическая) может отсутствовать.

Иногда оптопару отождествляют с оптроном, однако последний термин является более широким. Между элементами оптрона может быть осуществлена как оптическая, так и электрическая связь (прямая или обратная, положительная или отрицательная). Вход и выход отрона также могут быть как электрическими, так и оптическими соответственно. В настоящее время широкое распространение получили лишь оптроны с прямой оптической связью, т. е. оптопары.

Основные функциональные разновидности этих приборов представлены на рис.1 б, в. Оптопара с прямой оптической и обратной электрической связью (рис.1,6) используется как элемент развязки, т. е. оптрон с оптическим входом и выходом, и представляет собой преобразователь световых сигналов. Это может быть простое усиление (ослабление) интенсивности света, преобразование спектра или направления поляризации, преобразование некогерентного излучения в когерентное и т. п.

Если в таком оптроне фотоприемник и излучатель многоэлементные, то он может выполнять функцию преобразователя изображений. В оптроне с электрической и оптической связями (рис.1,в) при определенных условиях может осуществляться частичная или полная регенерация (восстановление) входного сигнала за счет обратной связи, в силу чего на вольт-амперной характеристике появляется падающий участок или несколько участков — такой прибор получил название регенеративного оптрона. В регенеративном оптроне могут реализоваться любые комбинации видов входных и выходных сигналов (электрических или оптических).

Рис. 1. Электрические и оптические связи в оптронах: а — оптопара для электрической развязки; б — оптрон с оптическими входом и выходом; в — регенеративный оптрон И — излучатель; ФП — фотоприемник; УС — устройство связи.

Важным элементом оптопары является оптический канал между излучателем и фотоприемником. Существуют три его разновидности. Прежде всего это простой светопровод, предназначенный для передачи энергии излучения на фотоприемник; обычно он выполняется в виде прозрачной иммерсионной среды. Возможно и такое конструктивное решение, при котором в зазоре между излучателем и приемником имеется доступ извне; в этом случае мы имеем оптопару с открытым оптическим каналом. Наконец, иммерсионная среда может быть выполнена из материала, светопропускание которого изменяется при внешних воздействиях; такой прибор называют оптопарой с управляемым оптическим каналом.

Функциональные возможности оптопар частично иллюстрирует табл. 1.

Таблица 1. Функциональные возможности оптопар.

Среди оптопар, используемых для развязки (рис.2), наиболее широко представлены такие, у которых в качестве фотоприемника применены транзистор (а), диод (б), резистор (в), составной транзистор (г), гиристор (д), пара диодов (е) (для дифференциальной схемы).

Рис. 2.