Optoelektronika to dziedzina techniki, która wykorzystuje specyficzne właściwości światła w celu pozyskiwania, gromadzenia, przesyłania, obróbki i prezentacji informacji. Optoelektronika zajmuje sie także konstrukcją i zastosowaniem urządzeń i aparatów do emisji i detekcji światła. Zastosowania obejmują różne dziedziny techniki, a także medycyny. Światło cechuje bardzo wysoka częstotliwość (kilkaset THz), zaś długości fal z obszaru widzialnego (VIS) znajdują się w zakresie od 380 nm do 780 nm. Ta akurat cecha przyczynia się do szybkości transferu (szerokość pasma).
Zadania optoelektroniki względem informacji (oraz przykłady):
1. pozyskiwanie – detektory fotoelektryczne
2. gromadzenie – laserowe czytniki CD,DVD, holograficznej pamięci
3. przesyłanie – technika światłowodowa, porty podczerwieni IrDA
4. obróbka – duża gałąź fotoniki związana z nieliniowością elementów optycznych np. bramki optyczne → komputery optyczne
5. prezentacja – prawie wszystko co wiąże się z wizualizacją w elektronice:
· ciekłokrystaliczne 7 segmentowe wyświetlacze
· wyświetlacze LCD
· monitory CRT
· matryce diod LED
· wyświetlacze plazmowe
Warto zaznaczyć, że optoelektronika skupia dziedziny nauk takie jak chemia, fizyka ciała stałego, oraz w niewielkim stopniu elektronikę w jej aspektach teoretycznych. Z optoelektroniką wiąże się też wykorzystanie promieniowana elektromagnetycznego w biomedycynie. Tą dziedziną zajmuje się optyka biomedyczna, stanowiąca dział inżynierii biomedycznej.
1. Pozyskiwanie – detektory fotoelektryczne
Czujnik (detektor) fotoelektryczny – czujnik reagujący na zmianę intensywności docierającego do niego strumienia światła. Może być wykorzystywane zarówno światło widzialne jak również podczerwone lub laserowe. W zależności od tego, na jakim elemencie oparta jest budowa czujnika, inna wielkość elektryczna jest zmieniana:
· jeśli czujnik zbudowano w oparciu o fototranzystor – zmienia się napięcie,
· jeśli fotorezystor – zmienia się oporność,
· jeśli fotodioda – natężenie prądu.
Do najczęstszych zastosowań należy detekcja umieszczenia ciała obcego w pewnym obszarze. W tym układzie z czujnikiem związane jest źródło światła (częstokroć zintegrowane w jednej obudowie) będące nadajnikiem. Jeśli jakikolwiek obiekt znajdzie się na drodze optycznej między nadajnikiem a odbiornikiem, następuje zmiana natężenia światła, która może być wykryta. W zależności od budowy ścieżki optycznej, strumień światła zostaje przerwany, odbity lub rozproszony.
Często jako nadajniki stosowane są synchroniczne diody pracujące w podczerwieni, dzięki czemu sygnał wyjściowy jest w dużej mierze niezależny od oświetlenia zewnętrznego, ponieważ światło widzialne łatwo jest odfiltrować. W trudnych warunkach chętnie stosuje się czujniki odbiciowe lub bariery świetlne pracujące ze światłem czerwonym, emitowane przez diodę świetlną, ponieważ łatwo zauważyć taki strumień światła i punkt, w który ono pada.
2. Gromadzenie – laserowe czytniki CD, DVD, holograficznej pamięci.
Płyta kompaktowa (ang. Compact Disc, CD-ROM – Compact Disc – Read Only Memory) — poliwęglanowy krążek z zakodowaną cyfrowo informacją do bezkontaktowego odczytu światłem lasera optycznego. Zaprojektowany w celu nagrywania i przechowywania dźwięku, przy użyciu kodowania PCM, który dzisiaj jest tylko jednym ze standardów cyfrowego zapisu dźwięku. Taką płytę nazywa się CD-Audio. Dzięki dużej jak na swoje czasy pojemności, niezawodności i niskiej cenie, dysk kompaktowy stał się najpopularniejszym medium do zapisywania danych. Standardowa płyta CD ma średnicę 120 mm i jest w stanie pomieścić 700 MB danych lub 80 minut dźwięku.
DVD (Digital Video Disc lub Digital Versatile Disc) – standard zapisu danych na optycznym nośniku danych, podobnym do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm) lecz o większej pojemności uzyskanej dzięki zwiększeniu gęstości zapisu. Płyty DVD dzielą się na przeznaczone tylko do odczytu DVD-ROM oraz umożliwiające zapis na płycie DVD-R, DVD-R DL, DVD-RW, DVD+R, DVD+R DL, DVD+RW, DVD-RAM.
Holografia (z gr. holos = całość, grapho = piszę) – dział optyki zajmujący się technikami uzyskiwania obrazów przestrzennych (trójwymiarowych) metodą rekonstrukcji fali (głównie światła, ale też np. fal akustycznych). Przez rekonstrukcję fali rozumie się odtworzenie w pewnym obszarze przestrzeni zarówno jej kierunku ruchu, amplitudy, częstotliwości jak i fazy.
3. Przesyłanie – technika światłowodowa, porty podczerwieni IrDA.
Światłowód - przezroczyste włókno (szklane lub wykonane z tworzyw sztucznych), w którym odbywa się propagacja światła. Aby wyeliminować - lub, przynajmniej, znacząco ograniczyć - wypromieniowanie światła przez boczne powierzchnie światłowodu, stosuje się odpowiednio dobrany poprzeczny gradient współczynnika załamania światła. W najprostszym przypadku, gradient ten realizowany jest skokowo - wewnątrz światłowodu współczynnik załamania ma wartość wyższą, niż na zewnątrz; utrzymanie promieni światła w obrębie takiego światłowodu zachodzi na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia. W przypadku, gdy współczynnik załamania maleje z odległością od osi światłowodu w sposób ciągły, mówimy o światłowodach gradientowych.
IrDA (ang. Infrared Data Association) – Celem powstania było stworzenie i kontrolowanie międzynarodowych standardów transmisji danych w zakresie podczerwieni. Grupa ta opracowała firmowy system bezprzewodowej transmisji danych cyfrowych z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. Jego elementy przeznaczone są przede wszystkim do tworzenia sieci tymczasowych, w których znajdują się komputery przenośne (laptopy, palmtopy).
Standard ten charakteryzuje się:
· prostą i tanią implementacją,
· małym poborem mocy,
· połączeniami bezpośrednimi typu punkt-punkt,
· wydajnym i pewnym transferem danych.
Podstawowe usługi, wymienione w opisie systemu obejmują:
· przesył plików między komputerami,
· drukowanie,
· dostęp do zasobów sieci przewodowej,
· transmisja danych i mowy między komputerem a telefonem komórkowym,
· sterowanie urządzeniami telekomunikacyjnymi.
Technologia IrDA wykorzystuje skupioną wiązkę światła w paśmie podczerwonym. Warunkiem zastosowania IrDA jest posiadanie co najmniej dwóch urządzeń, pomiędzy którymi nie ma niczego, co by utrudniało ich wzajemną widoczność.
Fotonika to interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki, łącząca dokonania optyki, elektroniki i informatyki w celu opracowywania technik i urządzeń wykorzystujących promieniowanie elektromagnetyczne (oprócz radiowego) do przenoszenia i przetwarzania informacji.
W pewnym sensie można powiedzieć, że fotonika jest rozwinięciem elektroniki z zastosowaniem fotonów zamiast elektronów. Fotonika jest w dużym stopniu tożsama z optoelektroniką, aczkolwiek fotonika nie ogranicza się tylko do styku elektroniki z optyką, lecz zajmuje się wszystkim co ma związek z fotonami i przetwarzaniem informacji.
W szczególności, w obszarze fotoniki leży:
· opracowywanie technik gromadzenia i przetwarzania obrazu
· konstruowanie urządzeń pomiarowych wykorzystujących promieniowanie elektromagnetyczne
· opracowywanie technik gromadzenia informacji z użyciem promieniowania elektromagnetycznego.
· badania nad optycznymi zamiennikami elementów elektronicznych, które docelowo mogą doprowadzić do budowy komputera kwantowego.
CDN……
5.
pio1281trek