ФОТОНИКА [photonics]

Фотоника - это, Что такое фотоника, Определение термина фотоника, Светодиод, Dark Fiber, PLED, Plastic Optical Fiber, Small Molecule Organic Light Emitting Diode, Small Molecular Film, Alert LED, Erbium Doped Fiber Amplifier, Приборы с зарядовой связью, Фотодиод, КМОП-сенсоры

Одно из направлений оптоэлектроники, связанное с созданием и использованием активных оптоэлектронных устройств. Основное ее применение —в системах передачи сигналов с разными длинами волн по волоконно-оптическому кабелю. Соответствующая технология получила наименование DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — "Плотное мультиплексирование по длине волны".
Историческая справка
Начало развития DWDM-систем относят к середине 1990-х гг. С тех пор количество каналов, передаваемых по одному волокну, увеличилось с 16 до 40. Скорость передачи по одному каналу на достаточно большие расстояния составляет в настоящее время до 10 Гбит/с. Ожидается, что в обозримом будущем эта скорость может достигнуть триллиона бит в секунду. Задача фотон и ки заключается в поиске путей использования полупроводниковых компонентов и стандартных полупроводниковых технологий для создания активных оптических устройств (в том числе перестраиваемых оптических фильтров, быстродействующих коммутаторов, сверхскоростных оптических модуляторов и др.). Миниатюрные полупроводниковые блоки призваны заменить существующие достаточно габаритные конструкции и одновременно снизить стоимость оптоволоконных линий связи. В 2002 г. на конференции Форума Intel для разработчиков продемонстрирован перестраиваемый оптический фильтр шириной в несколько микрон и длиной порядка 2 мм, который позволяет разделять по длинам волн сигналы в спектре DWDM. Кроме того, применение полупроводников в сочетании со стандартными технологиями позволит создавать новые и недорогие технологии сборки ИС.
Некоторые виды оптоэлектронных устройств
 - Светодиод, светоизлучающий диод, СД, СИД [LED, Light-Emitting Diode] —оптоэлектронное устройство, преобразующее электрическую энергию в световую. Выполняется из полупроводникового материала, например фосфида ар-сен и да галлия. В зависимости от состава используемого полупроводникового материала и конструкции светодиоды могут иметь различный спектр (соответственно и цвет), а также силу излучения, в том числе в невидимой — инфракрасной области спектра. Разновидностью светодиодов являются лазерные диоды [laser diode]. Используются светодиоды различных типов в оптоволоконных средствах передачи данных, сигнальных устройствах, а также некоторых устройствах отображения информации (дисплеях).
 - Dark Fiber —"Темное волокно": термин, используемый для обозначения дополнительных (запасных) незадействованных световодов в многожильном оптоволоконном кабеле.
 - PLED, PolyLED (Polymer Light Emitting Diode) —полимерный светодиод, созданный на основе светоизлучающих полимерных материалов — LEP (Light Emitting Polymer). Термины LEP, PLED и PolyLED часто используются как синонимичные.
 - POF (Plastic Optical Fiber) —"Полимерный световод": класс диэлектрических волноводов круглого сечения, сердцевина которого окружена оболочкой из материала с меньшим коэффициентом преломления для создания условий полного внутреннего отражения. В качестве материала сердцевины используется ряд полимеров, обладающих высокой прозрачностью, например полистирол, поликарбонат и полиметилметакрилат. Выпускаются в разных конструктивных вариантах, типоразмерах и видах (в том числе одномодовом и многомодовых).
 - SMOLED (Small Molecule Organic Light Emitting Diode, Small Molecule Organic LED) —общее название молекулярных органических светоизлучающих материалов и светодиодов, созданных на их основе. Эти материалы позволяют получать более тонкий по сравнению с LEP светоизлучающий слой.
 - SMF (Small Molecular Film) —"Тонкая молекулярная пленка": обозначение молекулярных органических люминисцентных материалов, наносимых в виде тонкой пленки. Термин введен фирмой Kodak —ее первым разработчиком.
 - Alert LEDиндикатор на светодиоде, предупреждающий о ненормальных условиях работы или состояния какого-либо устройства или системы. На концентраторах OfficeConnect индикаторы Alert LED предупреждают о возникших проблемах в сети и похожи на восклицательный знак (I).
 - EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) —"Оптический усилитель с добавлением эрбия": один из современных видов усилителей сигнала в оптоволоконной сети, рассчитанный на работу при длине волны 1550 нм, при которой обеспечивается максимальная дальность связи.
 - ПЗС, приборы с зарядовой связью [CCD, Charge-Coupled Device] — тип полупроводникового прибора, как правило, в микроэлектронном исполнении, предназначенного для преобразования энергии оптического диапазона в электрическую. Обладает высокой чувствительностью, разрешающей способностью и быстродействием. Используется в качестве фотоприемника в различного рода устройствах, в том числе связанных с вычислительной техникой, например, в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах, современных датчиках охранных систем, сканерах и т.д. Конструктивно имеет матричное (многоплощадочное) исполнение, включающее от одной до нескольких линеек фоточувствительных микроповерхностей.
Создание электрического аналога оптического изображения объекта, находящегося в фокальной плоскости объектива приемного устройства, производится путем его перемещения (сканирования) относительно поверхности линеек фоточувствительных площадок. Используются также так называемые растровые конструкции ПЗС, в которых фоточувствительные площадки заполняют все поле зрения рабочей части оптического устройства и не требуют сканирования объекта для записи и воспроизведения его оптического изображения. Так, специалисты фирмы Kodak создали датчик, представляющий собой матрицу размером 18,4 х 27,6 мм, которая содержит 2048 х 3072 светочувствительных элемента и обеспечивает получение изображений очень высокого качества. В последние годы получили распространение так называемые супер-ПЗС [Super CCD], использующие оригинальную сотовую архитектуру (пикселы в ней имеют восьмиугольную форму). Этим достигается большая плотность размещения пикселов на ПЗС и увеличивается их светочувствительность (площадь поверхности каждого пиксела возрастает).
 - Фотодиод [PD, PhotoDiode] — оптоэлектронное устройство, преобразующее световую энергию в электрическую. Выполняется из полупроводникового материала. Используется в различного вида светочувствительных датчиках. В настоящее время уступает конкурирующим типам фотоприемных устройств, в том числе ПЗС.
 - КМОП-сенсоры — фоточувствительные многоплощадочные микроэлектронные датчики, построенные по КМОП-технологии. В качестве фоточувствительных микроэлементов (пикселов) на КМОП -структурах могут создаваться и использоваться фотодиоды, фототранзисторы или фотовентили. КМОП-сенсоры, выполненные в виде матриц, обладают по отношению к ПЗС рядом преимуществ, включая более низкую стоимость. Однако за счет свойственных им недостатков, выражающимся в повышенном уровне шума, их использование пока ограничивается дешевыми устройствами, например Web-камерами.