Barcha maruza mashg‘ulotlarni nazariy qismi, maruza mashg‘ulotlarni o‘tkazish uchun topshiriq, nazorat savollari va adabiyotlar ro‘yxati keltirilgan

2. Qaytargichlar, linzalar, filьtrlar va svetovodlar.

Tayanch so‘zlar: Fotopriyomnik, linza, qaytargich, filьtrlar, svetovod. fotoeffektli,
fotoo‘tkazuvchanlik, fototranzistor, germaniy, kremniy, xarakteristika, fototok, turlari, volьt-amper xarakteristikasi.


1. Fotopriyomniklar asosiy turlari va ularning xarakteristikalari.

Svetodiodli qurilmalarda ham ichki fotoeffektli ham tashqi fotoeffektli fotopriyomnik qo‘llanishi mumkin. Svetodiodlar ishlatiladigan qurilmalarda asosan kichik xajmli va past to‘lqinli manba bo‘lganiligi uchun fotopriyomnikli fotodiodlar va fototranzistorlar ishlatiladi[7]. Fotorezistorlarda fotoo‘tkazuvchanlikni o‘zgarishi va ham toza, ham aralashmalar fotoo‘tkazuvchanligiga ega bo‘lgan yarim o‘tkazgichlar asosida tayyorlanadi.

Birinchi guruxga qo‘rg‘oshin (RbSe, RbS, RbTe) va indiy (InSb,InAs) aralashmalari asosida yaratilgan fotorezistorlar kiradi. Ikkinchi guruxga germaniy va kremniyga turli elementlar aralashmalari–oltin, qo‘rg‘oshin, simob, bo‘r, kadmiy, rux va hakazolar qo‘shilgan qorishmalar asosidagi fotorezistorlar kiradi.
Fotorezistorlarning asosiy xarakteristikasi volьt-amper xarakteristikalari hisoblanadi.
5.1-rasmda bir nechta fotorezistorlar uchun spektral xarakteristiklari keltirilgan.
Odatda, fotorezistorlar volьt-amper xarakteristikasi chiziqlidir.



5.1-rasm. a) SHaxsiy fotoo‘tkazuvchanlikli fotorezistorlarni spektral xarakteristikalari; b) Aralashmali fotoo‘tkazuvchanlikli fotorezistorlarni spektral xarakteristikalari.

Amaliyotdan ma’lumki umumiy barcha fotorezistorlar chiziqsiz lyuks-amper xarakteristikaga ega, uni qisqartirilgan holda quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:

I_f=SI^.F_

bu erda: I_f-fototok; S-doimiy, material xususiyatlaridan aniqlanadigan kattalik; U-fotorezistorga qo‘yilgan kuchlanish; F –fotorezistorning sezuvchi qismiga tushayotgan nurlanish oqimi; ,  - nochiziqlilik koeffitsienti.

I_n fotorezistor orqali oqib o‘tayotgan to‘la tok quyidagi tenglamaga teng:
I_n= I_f+ I_t
bu erda: I_t - fotorezistor yoritilmagandagi oqib o‘tayotgan qorong‘ulik toki:

bu erda, R_t- qorong‘ulik qarshiligi.
Lyuks-ommik xarakteristikani quyidagicha izoxlanadi:

bu erda, R₀ –fotorezistorning yoritilganlikdagi qarshiligi.
Inersiyalanish, yuqorida aytib o‘tilganidek, fotopriyomniklarning kamchiliklaridan biri bo‘lib hisoblanadi, shunday ekan ko‘pchilik hollarda svetodiodli qurilmalarda impulьsli rejim ishlatiladi.
Inersiyalanish doimiy vaqtning o‘sishi _n va fototokning kamayuvchi kuchlanishda pasayishi _s bilan xarakterlanadi. Fotorezistorning tez harakatchanlik bo‘yicha tanlashda quyidagicha qabul qilingan, impulьsning doimiyligi vaqtning doimiy o‘suvchanligidan uch-to‘rt marta katta bo‘lishi kerak, shunday ekan shu vaqt ichida fototok o‘zining yuqori qiymatiga erishadi.
YUklama qarshiligini ma’lum formuladan keltirib chiqarish mumkin:

bu erda, R_K – qorong‘ulik qarshiligi; R_YO – yorug‘lik qarshiligi.
Fotodiodlar, fotorezistorlardan farqli holda, yarim o‘tkazgich plastikani tashkil qiladi, uning ichida quyidagi soxalar mavjud elektron (n-soxa) va teshik (r-soxa) o‘tkazuvchilar, n-r o‘tkazgichlarga bo‘lingan.
Fotodiodlarda ikki xil ish rejimi ajratiladi fotodiodli va fotogeneratorli. Fotodiodni yoritilganda va fotodiodli rejimda yordamchi tashuvchilar ajratiladi, toki oshadi, bu tokning ortishi asosiy tashuvchilar tokidan ma’lum darajada katta bo‘ladi, ya’ni yorug‘lik tokining qorong‘ilik tokiga munosabati fotodiodlarda ancha ortiq, fotorezistorlarda ham shunday munosabat bo‘ladi. Fotodiod orqali o‘tayotgan to‘la tok teskari siljishda quyidagiga teng:

bu erda, I_F – fototok, I_S –r-n o‘tish orqali teskari tok, D – koeffitsient, I – fotodiod kuchlanishi, fototok quyidagiga teng:

bu erda, S – fotodiodning integral tok sezgirligi.
Fotogeneratorli rejimda, ya’ni tashqi manbasiz, r-n o‘tishning vazifasi asosan yorug‘lik ta’sirida paydo bo‘luvchi zaryad tashuvchilarni ajratish (elektron va teshik), uning natijasida fotodiod foto EYUK ishlab chiqaradi.
Salt ishlash rejimida fotogeneratordagi kuchlanish nur oqimi logarifmiga proporsional, ya’ni,

Ta’kidlash kerakki, fotodiodning inersiyalanishi fotodiodli rejimga nisbatan fotogenerator rejimida ancha yuqoridir.
Fotodiodning spektral xarakteristikasi qanday fotodiodning qaysi material asosida tayyorlanishiga bog‘liq bo‘ladi. Ko‘pincha, fotodiodlar germaniy va kremniydan tayyorlanadi. Kremniyli fotodiodlar 0,80,9 mkm spektral xarakteristikaga ega bo‘lsa, germaniyli fotodiodlar maksimum 1,2 mkm gacha bo‘ladi.
Fototranzistorlar fototokni kuchaytirish xususiyatiga ega. Uchta ketma-ket soxalardan tashkil topgan elektron va teshikli o‘tkazuvchilar, sxemaga kiritish uchun chiqishlar bilan ta’minlangan, baza soxasiga yorug‘lik bilan ta’sir qilinadi. Inersion fotopriyomniklarni nurlanish impulьslarini qayd qilish uchun ham ishlatish mumkin. Buning uchun yuklama o‘rniga induktivlik qo‘shiladi. Haqiqatdan ham, tenglamadan kelib chiqqan holda yarim o‘tkazgichning o‘tkazish soxasidagi elektronlar sonining o‘zgarishi nurlanish ta’sirida, fotopriyomnik orqali tokning bog‘liqligi I_F(t) tushayotgan nurlanish intensivligidan F(t) quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:



bunda U – fotopriyomnikka qo‘yilgan kuchlanish; g_T –o‘tkazuvchan-lik;  - doimiylik, _R –o‘tkazish zonasidagi elektronlar yashash vaqti.
Qisqa impulьslar uchun, impulьslar davomiyligi t_u<<_R, bo‘lganda:

ya’ni, fotopriyomnik orqali o‘tayotgan tok nurlanish intensivligi integralli funksiyasi bo‘lib hisoblanadi.
SHundan kelib chiqib, fototokni differensiallash orqali nurlanish intensivligiga proporsional signal olamiz. Xususiy holda, agar tok induktivlik orqali o‘tsa, induktivlikdagi kuchlanish U_chiq quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:

SHunday qilib, shu usulni qo‘llab, yoritish davomiyligi kam bo‘lgan fotopriyomnikidan optik nurlanishni qayd qilishda foydalanish mumkin.
YUqorida keltirilgan ma’lumotlardan xulosa qilib aytish mumkinki ikki to‘lqinli optoelektron qurilmalarda fotopriemnik sifatida fotorezistor ishlatish maqsadga muvofiqdir. Ikki to‘lqinli optoelektron qurilmalarda tanlangan fotopremnik xar ikkala to‘lqin uzunligidagi yorug‘liklarni bir xilda sezishi kerak shuning optoelektron qurilma uchun PbSe- yarim o‘tkazgichli fotorezistor SF4–3D mos keladi. SF4–3D fotorezistorining spektral xarakteristikasi 5.2 - rasmda keltirilgan. Uning konstruktiv sxemasi 5.3-rasmda keltirilgan.

5.2-rasm. SF4–3D fotorezistorining spektral xarakteristikasi.

5.3-rasm. SF4-1D fotorezistorining konstruksiyasi.

SF2-1 fotorezistori konstruktiv sxemasi 5.4.- rasmda keltirilgan. Spektral xarakteristikasi esa 5.5 - rasmda keltirilgan.

5.4-rasm. SF2-1 fotorezistorining konstruksiyasi.

2. Qaytargichlar, linzalar, filьtrlar va svetovodlar.

Nurlanish oqimini yaxshiroq ishlatish uchun, optik qaytargichlar ishlatiladi. Ularga ko‘rinuvchi nurlar uchun ham IQ-nurlanishlar uchun ham bir xil tayyorlanadi [17, 20, 21]. Qaytargichlar konstruktiv IQ nurlanishi uchun, yuqori qaytarish koeffitsientiga ega bo‘lgan yarimsfera shaklida oynaga metall qoplamini qoplash usulida tayyorlanadi. Bunday metall sifatida ko‘proq alyuminiy ishlatiladi. Uning qaytarish koeffitsienti ko‘rinadigan nur uzunligida 0,85, IQ-nurlanishda u 0,95 ga teng. Xuddi shunday koeffitsientga kumush ham ega.

5.5-rasm. SF2-1 fotorezistorining spektral xarakteristikasi.

Qaytaruvchi metal qatlamni namlikdan va agressiv moddalardan, ximoyalash uchun, ko‘zguli metal qatlamni yupqa kremniy qatlami bilan qoplanadi.
Paraboloid shaklidagi qaytargichlarni ishlatish paralel nurlar oqimini olish imkoniyatini beradi.
Nurlanish oqimidan paralel nurlanish oqimini shakllantirish uchun kollimator ishlatiladi, ya’ni linzalar sistemasini. Linzalar yordamida yana fotopriyomnikka ob’ektning ko‘rinishi proeksiyalanadi.
SHunday qilib nurlanish oqimi, bir necha linzalardan o‘tib, fotopriyomnikka etadi, va uning intensivligini ancha kuchsizlanishiga olib keladi.
Optik nurlanish oqimining muhitdan o‘tganda sindirish ko‘rsatkichi n ga teng bo‘lgan uning bir qismi shu muhitdan qaytadi.
SHunday qilib qaytarish koeffitsienti  quyidagi munosabatda aniqlanadi:

SHunday qilib, qaytishdagi yo‘qotish, nurlanish oqimining linza orqali o‘tishida, ya’ni ikki muhit chegarasidan o‘tishida sodir bo‘ladi.

Yo‘qotishlar munosabati shishaning sindirish koeffitsientidan kelib chiqib yuqoridagi formula bilan aniqlanadi.
Nurlanish oqimining energiyasini yo‘qotishi asosan yarim shaffof qatlam va kubiklar ishlatishi bilan bog‘liq. Nurlanish manbasidan berilayotgan oqim F₀ -tekshirilayotgan sirt 3 dan qaytgan, oqim F₃ qatlam I ga qaytadi va yana ikki oqimga bo‘linadi. Qatlamdan o‘tgan I, F₄ va fotopriyomnikka qaytgan 2 F₅. YArim shaffof qatlamning qaytarish koeffitsientini 9 ga teng deb qabul qilib va xech qanday boshqa yo‘qotishlarni hisobga olmasdan, oqim kattaligi F₅ ni fotopriyomnikka tushayotgan quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:

SHunday qilib, nurlanish oqimi energiyasini yo‘qotilishi 0,75% ni tashkil qiladi. SHunday yo‘qotishlarga yarim shaffof kubiklarni ishlatilishi ham olib keladi (5.6-rasm), ya’ni to‘g‘riburchakli prizmalar 1 va 2 orasiga joylashtirilgan material qatlami prizmalar sindirish ko‘rsatkichidan keskin farq qiladi.
Bundan tashqari materiallar, optik sistemalarni tayyorlash uchun ishlatilayotgan va turli uzunlikdagi to‘lqinlarni tarqatish uchun bir xilda shaffof emas. Oddiy shisha, ko‘rinadigan va yaqin IK-soxani yaxshi o‘tkazuvchan, amaliy o‘rta va uzoq IK-soxalar uchun shaffof emas.
Nixoyat, fotopriyomnikga tushayotgan nurlanish oqimi intensivligi, ob’ektlar shaklini oshirganda, keskin tushib ketadi.
Keyingi vaqtlarda optoelektron nazorat o‘lchov qurilmalarida ko‘proq tolali svetovodlar ishlatilyapti. Bunday svetovod qirqimi 5.7-rasmda ko‘rsatilgan. SHisha tolani tashkil qiladigan diametri bir necha o‘n va yuz mkm – ga teng bo‘lgan alohida tolalardan svetovod tayyorlanadi.
Optik nur svetovodning shoxchalari ichkarisida tarqaladi, to‘la ichki qaytishga uchragan holda shoxcha va qobiqninng I chegarasida shakl va nur oqimlarini uzatish uchun, ko‘p tolalardan tashkil topgan svetovodlar ishlatiladi.



a) b)

5.6-rasm. a) Nurlanish oqimi energiyasining yqotilishi, b) YArim shaffof qatlamli kubiklar.

Tolali svetovodlarning yorug‘lik o‘tkazish xususiyati shundaki, taxminan 100 tola 1mm ga to‘g‘ri keladi. Nurni uzatishda yo‘qotishlar 30 - 70% ni tashkil qiladi. Optik nurni spektral tarkibini optik filьtrlar yordamida o‘zgartirish mumkin ularni spektral (o‘zgaruvchan) yoki, alohida to‘lqin uzunliklarini yo‘qotuvchilar va neytrallarga bo‘lish mumkin. Optik filьtr asosiy xarakteristikasi bo‘lib spektral xarakteristikasi hisoblanadi, ya’ni o‘tkazish koeffitsienti X yoki uning optik zichligidir.

5.7-rasm. Svetovod qirqimi.

Spektral absorbatsion filьtrlar spektral xarakteristikalarini doimiyligi bilan ajralib turuvchi, nur va temperatura ta’sirida parametrlari o‘zgarmas bo‘lgan optik kurilmadir.

Ishlab chiqarish yuz xildan ko‘proq rangli shisha ishlab chiqariladi, ularni kombinatsiyalab turli spektral xarakteristikasiga ega bo‘lgan filьtrlarni olish mumkin. Qaytaruvchi filьtr larni kvarsli yoki shishali asosga metall qatlam yopishtirilib tayyorlanadi.

Nazorat savollari.

1. 
   Optik diapazon nima?
   
2. 
   Svetodiodlarni ishlash prinsipi nimadan iborat?
   
3. 
   Svetodiodlarni yaratish texnologiyasi qanday?
   
4. 
   Svetodiodni qanday asosiy xarakteristikalari mavjud?
   
5. 
   Fotopriyomniklar ishlash prinsipi nimaga asoslangan?
   
6. 
   Fotorezistorlarnini spektral sezgirligi nima?
   
7. 
   Fotodiod ishlash prinsipini nimaga asoslangan?
   
8. 
   Linzani vazifasi nimadan iborat?
   
9. 
   Filьtr nima uchun hizmat qiladi?
   
10. 
    Nur manbalari va fatopriyomniklarni qo‘llanishini ayting?