1.2.   Особенности оптической электроники

Современная оптическая и квантовая электроника определя­ют новые возможности как электроники, так и оптики. Необходи­мость дальнейшего освоения оптического диапазона с исполь­зованием хорошо развитых методов радиофизики, радиотехники и электроники определяется рядом принципиальных обстоя­тельств.

1. Частота электромагнитных колебаний, или несущая частота () в оптическом диапазоне существенно выше, чем в радиодиапазо­не (см. рис. 1.1). Например, частота световых колебаний в наиболее освоенной видимой и ближней инфракрасной областях спектра (Гц) в миллионы раз превышает частоту радио­волн в областях радио- и телевещания. Это определяет высо­кую информационную емкость оптического канала связи. Напомним, что для передачи обычного телевизионного изоб­ражения требуется полоса частот  МГц. Поэтому в ме­тровом диапазоне (при = 1 м; =300 МГц) можно передать лишь около десятка телевизионных программ. В оптическом диапазоне при том же отношении  это число возрастает в миллионы раз.

1.

Подпись:  

Рис. 1.1. Шкала электромагнитных волн

Длина световых волн существенно меньше, чем длина ра­диоволн. Это позволяет получить высокую концентрацию оп­тического излучения в пространстве, поскольку минимальный объем, в котором можно сфокусировать электромагнитное излучение, имеет размеры порядка длины волны. Поэтому опти­ческие волноводы (световоды) при прочих равных условиях об­ладают существенно меньшими (на несколько порядков) раз­мерами по сравнению с сверхвысокочастотными (СВЧ) волноводами, что важно для микроминиатюризации электронной аппаратуры. И, на­конец, в оптическом диапазоне нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности излучения с углом расходимости 0,1° и менее. Для формирования подобной диаграммы в радиоди­апазоне (при = 1 м) потребовалась бы антенна диаметром по­рядка сотен метров. В оптическом диапазоне функцию такой антенны способны выполнить, например, сферическое зеркало или линза умеренных размеров, поскольку для получения оди­наковой диаграммы направленности размер антенны пропорци­онален длине волны.

1. Передача информации осуществляется фотонами. В отли­чие от электронов, которые служат основными носителями ин­формации в обычных электронных приборах, фотоны являются электрически нейтральными частицами, не взаимодействующими между собой и с внешним электрическим и магнитным полями. Это определяет возможность идеальной гальванической развязки входа и выхода, однонаправленность потока информации, высо­кую помехозащищенность, исключение взаимных наводок и па­разитных связей между различными элементами схемы. Так как фотон в оптоэлектронных системах является основным носителем информации, то по аналогии с электрони­кой оптоэлектронику называют также фотоникой.

2. Применение оптических методов записи, хранения и обработки информации открывает новые возможности для по­строения электронных вычислительных машин (ЭВМ). Это обусловлено, с одной стороны, возможно­стью реализации новых принципов параллельной обработки информации (например, на основе голографических методов), а с другой – возможностью достижения высокой плотности записи (~ 108 бит/см2) в оптических запоминающих устрой­ствах.