1. Optoelektronika - definicja, obszary zastosowań.

Optoelektronika jest techniką systemów i przyrządów, które emitują, modulują, transmitują lub wykrywają światło. Badanie i wykorzystywanie zjawisk rozchodzenia się, obróbki i oddziaływania promieniowania, a także emisji oraz detekcji promieniowania optycznego do konstrukcji i budowy układów optoelektronicznych czyli takich, które pracują z dwoma rodzajami sygnałów: optycznym i elektrycznym, a także z akustycznym i magnetycznym.

Zastosowania Optoelektroniki:

• telekomunikacja światłowodowa
• czujniki dla potrzeb metrologii, automatyki i robotyki
• komputerowe sieci odporne na zakłócenia
• przekształcanie informacji obrazowych z obszaru widma niewidzialnego na widzialne
• wzmacnianie kontrastowości i jaskrawości obrazu
• mikrobróbka laserowa układów elektronicznych
• obróbka tworzyw za pomocą wysokoenergetycznych wiązek laserowych
• tworzenie nowych narzędzi i metod chirurgicznych
• technika holograficzna
• przetwarzanie energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną
• konstrukcja płaskich monitorów (ciekłokrystaliczne i diodowe)
• magazynowanie danych (cd-rom, dvd)
• światła sygnalizacyjne i ostrzegawcze o dużej jasności i niezawodności

2. Dziedziny optoelektroniki:

Optoelektronika światłowodowa :

Technika światłowodowa:

1. Światłowodowa optyka gradientowa: soczewki światłowodowe, multipleksery wielofalowe.
2. Obrazowody światłowodowe: obrazowody wiązkowe, płytki światłowodowe, noktowizory, korektory obrazu, TV wysokiej jakości 50 linii/mm.
3. Czujniki światłowodowe: detektory pól fizycznych i wielkości chemicznych.
4. Transmisja dużej mocy optycznej: dla laserów NdYAG, CO2, noże chirurgiczne, spawanie przemysłowe.

Optoelektronika zintegrowana:

1. Układy i systemy planarne dla fal optycznych będące analogiem układów elektronicznych typu VLSI.
2. Operowanie sygnałem optycznym wielowymiarowym, np. informacja obrazowa.
3. Elementy i układy podstawowe: lasery i fotodetektory planarne, światłowody planarne, sprzęgacze planarne, elementy optyczne, soczewki, filtry, pryzmaty, siatki dyfrakcyjne, zwierciadła, konwertery modów, deflektory, modulatory, konwolutory, korelatory, pamięci optyczne, mikroprocesory optyczne, elementy nieliniowe.
Głównym celem rozwoju OZ jest budowa całkowicie optycznego regeneratora dla optotelekomunikacji oraz budowa komputerów optycznych.

Optotelekomunikacja :

1. Systemy transmisyjne dalekosiężne wzmacniakowe lądowe i morskie; zwiększenie:

o przepływności informacyjnej,
o odległości międzywzmacniakowej,
o niezawodności działania i czasu życia,
o odporności na działanie środowiska.

2. Lokalne sieci światłowodowe:

o miejskie,
o obiektowe: budynki biurowe, szpitale, okręty, samoloty...
o informatyczne: połączenia wewnętrzne i komputerowe,
o przemysłowe – dla bardzo trudnych warunków środowiskowych, o wojskowe.

Optoelektronika obrazowa:

1. Poligrafia optoelektroniczna
2. Grafika komputerowa
3. Sztuczna wizja
4. Obróbka obrazów
5. Wyświetlacze

Optoelektronika Fotowoltaiczna:

1. Słoneczna Optoelektronika - energetyczna.
2. Problemy konwersji różnych form energii optycznej na energię elektryczną (magazynowaną).

Optoelektronika informatyczna:

1. Dziedzina korzystająca głównie z osiągnięć optoelektroniki zintegrowanej i holografii.
2. Cyfrowe układy optyczne o pasmach terabitowych.
3. Masowe pamięci optyczne.

Celem jest budowa komputera optycznego.

Optoelektronika laserowa:

1. Lasery półprzewodnikowe i dielektryczne miniaturowe dla Optoelektroniki Zintegrowanej, Techniki Światłowodowej i optotelekomunikacji.
2. Lasery do zastosowań medycznych i przemysłowych (mikroobróbka materiałów).
3. Lasery do zastosowań metrologicznych.
4. Elementy, układy i systemy laserowe.

Kierunki rozwoju: stabilizacja laserów, lasery bardzo dużej mocy, nowe materiały i nowe pasma pracy.

3. Właściwości optoelektroniki:

Stan rozwoju nauki i techniki w dziedzinie optoelektroniki:

1. Światłowodowe soczewki gradientowe o znacznie większych aperturach i jakości lepszej od soczewek klasycznych, refrakcyjna szerokopasmowa korekcja aberracji.
2. Wiązkowe obrazowody koherentne o rozdzielczości optycznej do 150 par linii/mm.
3. Ekrany telewizyjne o powierzchni kilku metrów kwadratowych.

Zalety Optoelektroniki:

• możliwość wytworzenia emiterów i detektorów
• wysoka pojemność informatyczna kanału
• mała tłumienność
• duża dobroć układu
• jednokierunkowość sprzężenia
• izolacja galwaniczna
• izolacja kanałów komunikacyjnych
• duża obciążalność
• taniość i dostępność surowca

4. Pasmo widzialne. pasmo optyczne:

Pasmo optyczne: 0,01 - 1000 um, hv = 100 - 0,001 eV

Pasmo widzialne: 0,38 - 0,75 um, hv = 3,3 - 1,65 eV

5. Telekomunikacyjny tor światłowodowy - schemat blokowy:

6. Baza materiałowa optoelektroniki:

7. Materiały AIIIBV - podstawowe właściwości.

8. Roztwory stałe związków AIIIBV - zalety, właściwości.

9. Baza przyrządowa optoelektroniki.

Do uzupełnienia

10. Charakterystyki optyczne ciała stałego.

11. Widmo fononowe.

Rozpatrując sieć krystaliczną łatwo można dojść do wniosku, że atomy mogą wykonywać pewne ruchy drgające. W takim przypadku mówi się o drganiach sieci krystalicznej, które są skwantowane -- są to fonony. Fonon traktuje się jako elementarne wzbudzenie sieci krystalicznej -- jako quasi - cząsteczkę.

W zależności od częstotliwość drgań jako funkcji wektora falowego k definiuje się dwa rodzaje fononów:
a) akustyczne (małe częstotliwości; sąsiednie atomy poruszają się prawie w fazie),
b) optyczne (większe częstotliwości, sąsiednie atomy poruszają się w przeciwfazie).

W układzie trójwymiarowym pojawiają się nowe stopnie swobody. Wprowadza się dodatkową klasyfikację na drgania sieci podłużne i poprzeczne. Dla drgań poprzecznych kierunek ruchu atomów jest prostopadły do kierunku rozprzestrzeniania się fali elektromagnetycznej. Tzn. dla drgań poprzecznych kierunek drgań atomów jest prostopadły do. Dla drgań podłużnych kierunek ruchu atomów jest zgodny z kierunkiem rozprzestrzeniania się fali elektromagnetycznej || k .

12. Widmo ekscytonowe.

13. Prawa przejść optycznych w pp. Struktura pasmowa.

14. Absorpcja w ciele stałym - definicja.

Jeśli do półprzewodnika zostanie dostarczona energia, np. w postaci światła lub prądu, to wtedy elektrony znajdujące się wewnątrz tegoż półprzewodnika mogą przechodzić na wyższe poziomy energetyczne. Powstałe w ten sposób pary elektron-dziura, które są nośnikami ładunku, mogą po krótkim czasie życia (t~10-8÷10-9s) zrekombinować.

15. Mechanizmy absorpcji.

• z emisją promieniowania elektromagnetycznego (tzw. przejścia promieniste) - energia wyzwalana jest w postaci fotonów,
• bez emisji (tzw. przejścia niepromieniste) -energia wyzwalana jest w postaci fononów.

16. Widmo absorpcji.

W idealnej strukturze mogą powstać ekscytony ,wiele laserów pracuje na rekombinacji ekscytonów. Z widm absorbcyjnych i emisyjnych możemy określić strukturę energetyczną koncentracji oraz zdefektowania.

17. Przejścia proste dozwolone.

18. Przejścia proste niedozwolone.

19. Typy absorpcji.

20. Krawędź absorpcji.

21. Inżynieria pasma zabronionego - definicja.

W slajdach jak i w opracowaniu nic na ten temat nie znalazłem, tak samo jak na następne pytanie.

22. Metody inżynierii pasmowej.

Patrzy wyżej.

23. Epitaksja - definicja, typy epitaksji.

Wykorzystanie w teoretycznych rozważaniach koncepcji geometrycznego dopasowania pomiędzy sieciami podłoża i narastającej warstwy. W wyniku tego opracował definicję epitaksji oraz sformułować zasady, z których najważniejsza stwierdza, że: wzrost zorientowany zachodzi tylko wtedy, gdy pociąga to za sobą równoległość dwóch płaszczyzn sieciowych (podłożowej i krystalizującej warstwy), które mają sieć krystaliczną identycznej lub prawie identycznej formy i zbliżone stałe sieciowe. Obecnie terminu wzrost zorientowany używa się raczej na określenie krystalizacji nie warstwy epitaksjalnej, ale warstwy osadzonej na podłożu krystalicznym i mającej jakiś określony (przeważający dla całej warstwy) kierunek krystaliczny. Typowe cechy to: dużo defektów, dyslokacji, zrostów itp. Może być to warstwa steksturyzowana, ale raczej nie ma ona orientacji wzajemnej z podłożem.

Epitaksja - proces fizyczny lub chemiczny krystalizacji materiału monokrystalicznego na monokrystalicznym podłożu z odwzorowaniem uporządkowania przestrzennego kryształu podłoża – typu sieci krystalicznej, parametrów sieciowych oraz orientacji powierzchni podłoża.

Typy epitaksji:

• LPE - Liquid Phase Epitaxy - epitaksja z fazy ciekłej,
• VPE - Vapor Phase Epitaxy - epitaksja z fazy gazowej,
• MBE - Molecular Beam Epitaxy - epitaksja z wykorzystaniem wiązek molekularnych,
• MOVPE - Metal Organic Vapor Phase Epitaxy - epitaksja z fazy gazowej z wykorzystaniem związków metaloorganicznych.

24. Podstawy teoretyczne epitaksji.

To co w poprzednim pytaniu plus:

25. Mody (tryby) wzrostu epitaksjalnego.

26. Mechanizmy sterowania procesem epitaksji.

27. Klasyfikacja metod epitaksji.

28. Homoepitaksja i heretoepitaksja.

29. Podłoże - rola podłoża w procesie epitaksji.

Jego właściwości strukturalne, orientacja, właściwości mechaniczne, stan i sposób przygotowania powierzchni przed procesem epitaksji silnie wpływają na proces krystalizacji osadzanej warstwy i jej charakterystyki. W wyniku krystalizacji struktura i orientacja krystalograficzna warstwy znajdują się w określonej relacji do struktury i orientacji kryształu podłożowego. Najczęściej struktura i orientacja warstwy epitaksjalnej odtwarzają dokładnie strukturę i orientację podłoża.

30. Wymagania w stosunku do podłoża.

31. Heterostruktura - definicja, właściwości.

Można powiedzieć, że heterostruktura jest takim kryształem, w którym skład chemiczny zmienia się, podczas gdy sieć krystaliczna pozostaje w dużym stopniu nie zmieniona.

Trochę mało ale nic więcej znaleźć nie mogę.

32. Rodzaje epitaksji.

Pytanie tylko o jaki podział chodzi. Tak czy siak, wszystko jest już opisane w poprzednich pytaniach.

33. Epitaksja z fazy ciekłej LPE.

34. Epitaksja z fazy gazowej VPE.

35. Epitaksja ze związków metaloorganicznych MOVPE.

36. Epitaksja z wiązek molekularnych MBE.

37. Porównanie metod LPE i VPE

38. Porównanie metod MBE i MOVPE.

39. Porównanie technik osadzania warstw epitaksjalnych AIIIBV.

40.Przyrządy optoelektroniczne. Klasyfikacja. Obszary zastosowań

Przyrządy optoelektroniczne dzielimy na:
a) emitery
b) detektory
Są to elementy, których podstawą działania jest zjawisko przetwarzania energii promieniowania optycznego na energię elektryczną (detektor) lub odwrotnie (emiter).

• Klasyfikacja wg parametrów fali elektromagnetycznej:
- źródła światła białego (słońce, żarówka)
- źródła monochromatyczne (LED, żarówka z filtrem)
• Klasyfikacje wg zakresu spektralnego:
- UV
- VIS
- IR
- FIR
• Klasyfikacja wg mechanizmu generacji:
- jądrowe (słońce)
- żarowe (żarówka)
- fluorescencyjne (jarzeniówka)
- jarzeniowe (neony)
- łukowe (He, Xe, Ne)
- laserowe
• Klasyfikacja w technice światłowodowej:
a) diody elektrolumiscencjyne LED
- powierzchniowe
- krawędziowe
- RCE LED
- dioda superluminescencyjna
b) lasery LD
- lasery FB (Febry-Perota)
- lasery DFB i DBR
- lasery VCSEL
- lasery światłowodowe
- MQW

W zależności od ośrodka czynnego rozróżniamy:
• lasery gazowe atomowe, np. He-Ne,
• lasery gazowe molekularne, np. N2-CO2-He,
• lasery gazowe jonowe, np. Ar+,
• lasery krystaliczne czyli na ciele stałym, np. rubinowy, YAG,
• lasery szklane, np. neodymowy,
• lasery półprzewodnikowe, np. GaAs-AlGaAs,
• lasery barwnikowe, np. z roztworem rodaminy,
• lasery chemiczne, np. wykorzystanie reakcji syntezy wzbudzonego HF lub DF do pobudzenia ośrodka czynnego.

W telekomunikacji światłowodowej wykorzystuje się dwa rodzaje źródeł promieniowania
świetlnego: diody elektroluminescencyjne i lasery. Diody wytwarzają światło niespójne, natomiast lasery spójne (zgrane w fazie i energii).

DEL - dioda elektroluminescencyjna (LED) - dioda półprzewodnikowa emitująca strumień fotonów w wyniku zamiany energii elektrycznej na promienistą. Jest to przyrząd pracujący z wykorzystaniem złącza p-n.
Laser - Light Amplification by Stimulated Emmision or Radiaton - wzmacnianie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Jest to kwantowy generator optyczny prawie spójnego promieniowania elektromagnetycznego z zakresu widma od dalekiej podczerwieni do ultrafioletu, w którym generację uzyskano wykorzystując zjawisko wymuszonej emisji promieniowania w ośrodku po odwróceniu czyli po inwersji obsadzeń. Laser składa się z ośrodka czynnego, rezonatora optycznego i układu pompującego. Promieniowanie rozchodzące się wzdłuż osi optycznej rezonatora ulega wzmocnieniu w procesie emisji wymuszonej na skutek odbić od zwierciadeł rezonatora. Gdy wzmocnienie jest większe od strat występujących w rezonatorze otrzymujemy generację promieniowania.
Fotodetektor - Przetwornik światło - prąd. W detektorze sygnał optyczny z linii światłowodowej przetwarzany jest na prąd. Odpowiedź detektorów w systemach światłowodowych jest liniowa.

Parametry LED:
- Zewnętrzna sprawność kwantowa ηzew
- Sprawność energetyczna η
- Max dlugość fali λmax
- Prąd zasilania Izasil
- Moc optyczna emitowana przez diodę Popt

Parametry lasera:
- Szerokość połówkowa Δλ
- Wzmocnienie lasera
- Prąd progowy
- Długość rezonatora
- Dobroć

Parametry detektora:
- Czułość
- Liniowość charakterystyki
- Szerokość pasma
- Poziom szumów

Zastosowanie:

laserów
•komunikacja
•drukowanie, poligrafia
•obróbka materiałów
•układy pomiarowe, badania naukowe
•gromadzenie, przechowywanie danych (CD-ROM)
•pompowanie optyczne
•medycyna
•wskaźniki, czytniki kodów paskowych, poziomowanie, geodezja
•prototypy nowych urządzeń

diód
•motoryzacja
•oznakowanie sygnałowe
•automatyka
•oświetlenie

41. Charakterystyka kierunkowa źródła światła.

42. Diody elektroluminescencyjne. Klasyfikacja. Mechanizm świecenia. Konstrukcja.

43.Definicja lumena.

lumen (lm) - jednostka miary strumienia świetlnego w układzie SI (jednostka pochodna układu SI)

1 lm = 1 cd·sr

Jest to strumień świetlny wysłany w jednostkowy kąt bryłowy (steradian) przez izotropowe punktowe źródło światła o światłości jednej kandeli umieszczone w wierzchołku tego kąta.

44. Generacja światła. Zjawiska. Warunki generacji. Wydajność źródła światła.

45 46. Wydajność kwantowa wewnętrzna i zewnętrzna źródła światła -definicja, analiza.

47. Dioda krawędziowa i powierzchniowa. Porównanie.

48. Konstrukcje źródeł światła LED do współpracy ze światłowodem. Wymagania w stosunku do podłączenia ze światłowodem.

49. Dioda Burrusa.

50. Dioda ze wzmocnieniem rezonansowym RCE.

51. PP źródła światłą białego - konstrukcja, zasada działania.

52. Diody krawędziowe i superluminescencyjne.

53. Właściwości (cechy diod).

54. Charakterystyki I-U i P-I dla LED.

I-U taka jak pp.

55. Lasery pp. Klasyfikacja. Mechanizm generacji światłą w laserze.

56. Warunki akcji laserowej.

W poprzednim pytaniu plus:

57. Wzmocnienie lasera.

58. Dobroć lasera.

Tu chyba chodzi o dobroć rezonatora. Jeśli jest inaczej proszę o poprawienie.

59. Przyrostowa zewnętrzna sprawność kwantowa.

60. Zależność temperaturowa prądu progowego - analiza.

61. Założenia do analizy warunków akcji laserowej w rezonatorze.

62. Bilans mocy w laserze.

63. Podstawowe parametry lasera.

W pytaniu 55.

64. Emisja spontaniczna i wymuszona.

65. Rezonator. Rodzaje rezonatorów. Podstawy fizyczne rezonatorów.

66. Bilans mocy lasera półprzewodnikowego.

Pytanie 62. No chyba, że to dwa różne pojęcia są.

67. Char. I-U oraz P-I. Różniczkowa wydajność kwantowa lasera.

I-U takie jak w pp. Różniczkowa wydajność - trzeba uzupełnić.

68. Lasery heterozłączowe. Właściwości heterostruktury i heterozłącza.

Heterostruktura - patrz pyt. 31

Heterozłącze - złącze wytworzone z dwóch typów półprzewodników (typu n i typu p) o różnych szerokościach warstwy zaporowej. Szeroko wykorzystywane w laserach półprzewodnikowych (diody laserowe) i LED (diody elektroluminescencyjne).

Różnica między homozłączem a heterozłączem polega na tym, że w heterozłączu bariera dla dziur i elektronów nie jest jednakowa, np. dla elektronów dyfundujących z n do p jest znacznie mniejsza niż dziur dyfundujących z obszaru p do n.

O hetero jest bardzo mało informacji. Czytałem wypowiedzi ludzi z zeszłych lat i bardzo duże problemy z tym były. Jeśli ktoś ma więcej informacji na ten temat może uzupełnić :)

69. Laser szerokokontaktowy.

70 71. Charakterystyka I-U i P-I dla lasera. Porównanie

I-U nie ma co porównywać. Kształt jest taki sam, tylko wartości na osiach będą inne ze względu na użyty materiał do wytworzenia LED lub LASERa.

72. Omówić wpływ temperatury na charakterystyki lasera.

Pyt 60 plus:

73. Zjawisko migotania lasera.

74. Laser paskowy.

75. Metody formowania falowodu w laserze paskowym.

76. Porównanie lasera szerokokontaktowego i paskowego

To co w pyt. 69 i 74 (wypunktowane)

77. Zjawisko migotania lasera.

Pyt. 73

78. Lasery - rodzaje rezonatorów.

79. Szerokość połówkowa widma emisyjnego lasera.

80. Wpływ parametrów konstrukcyjnych i warunków zasilania na FWHM.

81. Technologia struktury laserowej. Montaż i warunki eksploatacji lasera.

Hmm...

82. Laser kaskadowy - mechanizm generacji promieniowania, porównanie z laserem ze złączem p-n.

Kwantowy laser kaskadowy - jest laserem w którym emisja fali świetlnej zachodzi dzięki wewnątrzpasmowym przejściom w hetero-strukturze z wielokrotnymi studniami kwantowymi. Laser ten jest unipolarny, ponieważ emisja fali świetlnej zachodzi przy udziale elektronu który emituje światło o zadanej długości zmniejszając swoją energię o dyskretny poziom w studni kwantowej. Ponadto przy udziale zewnętrznego pola elektrycznego jeden elektron jest wstanie wytworzyć 'n' fotonów przy przejściu przez 'n' kolejno utworzonych studni kwantowych. Dzięki odpowiedniemu projektowaniu hetero-struktury poprzez grubość odpowiednich warstw można uzyskać warunek konieczny do wystąpienia emisji - inwersje obsadzeń. Grubość warstw studni kwantowej wpływa także na generowane światło, tak więc w danym laserze kaskadowym możliwe jest uzyskanie emisji wielu ściśle określonych długości fali.

* źródła promieniowania spójnego z zakresu średniej oraz dalekiej podczerwieni
* jeden układ materiałowy pozwala na generację promieniowania w szerokim zakresie spektralnym
* potencjalnie duża moc emitowana
* potencjalnie duża niezawodność
* custom designed product

83. Laser z pionową wnęką rezonansową VCSEL. Konstrukcja, właściwości.

84. Detektory półprzewodnikowe. Mechanizmy detekcji.

85. Rodzaje detektorów półprzewodnikowych.

Wszystko co jest na slajdach z detektorów od "Detektory półprzewodnikowe"

Pytań o ogniwach słonecznych nie robiłem, gdyż jeszcze nie było to omawiane.

Opracowanie przygotowywałem w oparciu o slajdy i opracowanie z zeszłych lat.

Wszelkie poprawki bardzo mile widziane.

Powodzenia na egzaminie życzy Bochen :)