Тема: Оптоэлектроника
Выполнил: Кретов Эдуард Владимирович, гр. 442 об-4
Научный руководитель: Карпова Т.В.
Оптоэлектроника является одним из наиболее динамично развивающихся научно-технических направлений в связи с резким расширением круга областей применения и способностью решать возникающие задачи нетрадиционными методами. Ключевое место оптоэлектроники в информационных системах обусловлено тем, что более 90% информации, которую получает человек, составляет видеоинформация. В связи с широким кругом применений в системах получения информации, ее обработки, хранения, передачи и отображения, а также разнообразием используемых материалов правомочной является постановка вопроса о целой гамме оптоэлектронных технологий, включая индикаторные системы, формирователи сигналов изображения, волоконно-оптические линии передачи информации, преобразователи солнечной энергии, оптическую вычислительную технику. Современная оптоэлектроника характеризуется большим разнообразием серийно выпускаемой продукции (рис. 1), среди которой в стоимостном выражении доминирует индикаторное направление.
Рис. 1. Структура мирового рынка производства приборов оптоэлектроники в денежном исчислении (в %): 1 -- индикаторные компоненты; 2 -- пассивные оптические компоненты; 3 -- оптические соединители; 4 -- солнечные батареи; 5 -- волоконные линии; 6 -- гибридные приборы; 7 -- фотоприёмники; 8 -- оптические волокна; 9 -- прочие компоненты.
С учетом рыночной привлекательности ведущими оптоэлектронными фирмами интенсивно прорабатывается вопрос о разработке нового массового продукта, способного, в частности, заменить в персональных компьютерах мониторы на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ). Много внимания уделяется также фото- и видеотехнике, главным образом ПЗС-камерам.
Вместе с тем, несмотря на значительные успехи оптоэлектроники, существует точка зрения, что ее состояние на сегодняшний день можно сравнить с уровнем развития электроники до изобретения транзистора. Как правило, в настоящее время оптоэлектронная продукция продается в основном в виде дискретных элементов. Резкое расширение оптоэлектронного рынка ожидается после того, как произойдут существенные изменения в функциональных характеристиках приборов.
К таким качественно новым оптоэлектронным изделиям можно отнести оптоэлектронные компьютеры с архитектурой, подобной человеческому мозгу; стереоскопические системы, имитирующие характеристики человеческого зрения с автоматическими распознаванием движущихся объектов. В соответствии с программным документом США «Defence Science and Technology Strategy» на ближайшую перспективу планируется решение следующих ключевых проблем:
- разработка неохлаждаемых ИК-матриц фокальной плоскости для тепловизионных систем (в том числе, многоцветных ИК-матриц с радиационно-стойкими схемами считывания и обработки информации, ИК-матриц гибкой конструкции, интегрированных многоцветных «интеллектуальных» ИК-матриц - разработка монолитных индикаторных табло и экранов большого формата с высоким разрешением, а также стереоскопических индикаторных систем;
- разработка монолитных оптоэлектронных приемопередатчиков для оптических меж соединений и систем связи, в частности т.н. солитонных систем связи со скоростью передачи информации 100 Гбит/с.
Чрезвычайно перспективной считается коммерциализация информационных мультимедиа-систем, в которых оптоэлектроника должна играть ключевую роль. Ожидается, что она обеспечит создание широкополосных волоконно-оптически систем связи, оптических запоминающих устройств большой емкости, рассматриваемых в качестве приборного базиса зарождающейся мультимедийной инфраструктуры. В частности, фирмой ОТТ усиленно продвигается проект волоконно-оптической связи с домом РТТН, предполагающий экономичную установку волоконно-оптических абонентских сетей.
Футурологическое описание завтрашнего дня подчеркивает все усиливающееся информационное обеспечение человека в мультимедийном обществе, в котором каждый будет иметь доступ к информационным источникам в любой точке мира. При этом, как предполагается, главные изменения ждут нас не только в быту, но и в бизнесе, индустрии и общественной деятельности. Разовьются новые виды досуга: системы виртуальной реальности, виртуальные домашние театры или кругосветные путешествия и т.д. Гипермедиа-станции позволят перекрыть расстояния, время, языковые барьеры.
В настоящее время считается, что ключевыми компонентами таких мультимедийных информационных систем XXI века должны стать:
- высокоразрешающее телевидение (в соответствии с рекомендациями МРЕG-2 оно должно обеспечивать сканирование экранов с форматом 1152х2048 элементов за такт при 30 тактах в секунду);
- сверхвысокоразрешающее телевидение (согласно рекомендациям MPEG-4 оно должно сделать возможным сканирование экранов форматом 2048х248 элементов за такт при 30 тактах в секунду);
- трехмерная компьютерная графика для систем виртуальной реальности.
С дальнейшим развитием технологии оптоэлектронных датчиков становятся реальными обработка и отображение не только видимых, но и рентгеновских, УФ- и ИК-изображений, а также ультразвуковых полей. Новые задачи, поставленные перед современной оптоэлектроникой, привели к формированию ее модернизированной концепции фотонноориентированной микроэлектроники, которая должна развиваться как комбинация фотоники и электроники, используя достижения каждого из этих направлений. В то же время на пути развития такой оптоэлектроники стоит много барьеров, так как на данный, момент еще не представляется возможным столь же эффективно управлять фотонами, как электронами.
Помимо ключевых технологий, определяющих функциональные характеристики и качество перспективной оптоэлектронной продукции, для успешной реализации массовой технологии указанных выше систем необходимо развитие целого ряда базовых технологий и главным образом технологии создания новых типов высокоэффективных полупроводниковых материалов и структур на их основе, включая квантово-размерные структуры (структуры с квантовыми ямами, квантовыми нитями и квантовыми точками).
Отличительной чертой оптоэлектроники как научно-технического направления является разнообразие используемых материалов, при этом в ближайшей перспективе сохранится тенденция дальнейшего расширения гаммы применяемых полупроводниковых структур. В рамках традиционной оптоэлектроники при создании высокоэффективных оптоэлектронных структур в основном использовались строго упорядоченные монокристаллические материалы. В то же время существенное расширение рынка оптоэлектронной продукции и увеличение объемов производства вызвали необходимость учета экономических факторов, особенно себестоимости продукции. Это, в свою очередь, заставило по-новому взглянуть на неупорядоченные полупроводники с точки зрения как специфики протекания в них физических процессов, так и разработки эффективной технологии изготовления приборов. В связи с этим повышенный интерес вызывают аморфные гидрогенизированные материалы. Одновременно с этим внимание разработчиков наряду с неорганическими материалами начинают привлекать и органические материалы, обладающие большим потенциалом с точки зрения оптоэлектронных применений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сегодня технология новых типов оптоэлектронных материалов (в первую очередь на основе многокомпонентных соединений А3В5 и А2В6) еще не достигла уровня, требуемого для обеспечения высокоэффективного производства приборов высокой степени интеграции. Это же относится и к разработке специального технологического, испытательного и измерительного оборудования. Таким образом, для ускоренного развития оптоэлектроники необходим сбалансированный прогресс не только ключевых, но и периферийных технологии. Ориентированность оптоэлектроники XXI века на системы получения, обработки, передачи, хранения и отображения больших массивов информации позволяет сделать вывод о том, что магистральный путь ее развития лежит в русле интегральной оптоэлектроники, частный случай которой отражает концепция фотонноориентированной микроэлектроники.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие для вузов. - СПб: Питер, 2003. - 512 с.
2. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под. ред. О.П. Глудкина. М.: Горячая Линия - Телеком, 2002. - 768 с.
3. Акимов Н.Н. и др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. Мн.: Беларусь, 2005. - 591 с.
