Optoelektronické komponenty: Terminologie

Následující příspěvek je úvodem do terminologie z oblasti optoelektronických (OE) komponent elektronických subsestav a systémů. Článek navazuje na předchozí terminologická témata: Terminologie pro elektronická zobrazovací zařízení; Displeje LED a OLED; 3D displeje; Dotykové displeje. Text vychází z dokumentů technických komisí IEC TC 110, IEC TC 86, ISO/IEC JTC 1/SC 17 a z článků české a anglické wikipedie.

Problematiku fotonů a elektronů popisují obory např. takto:

• elektronika (electronics): postup elektronu z jednoho místa prostoru v určitém čase na jiné místo;
• elektrooptika (electro-optics): působení elektrického pole na optické vlastnosti látek;
• fotonika (photonics): vyzáření nebo pohlcení fotonu elektronem;
• optika (optics): postup fotonu z jednoho místa prostoru v určitém čase na jiné místo;
• optoelektronika (optoelectronics): oblast elektroniky, která se zabývá interakcí fotonů s elektronickými prvky.

Typické příklady OE komponent:

Elektronické displeje (electronic displays) jsou elektronická zobrazovací zařízení, která zobrazují informaci pomocí nejrůznějších (fyzikálních) jevů. Tyto displeje mohou mít velmi rozdílné velikosti (hodinky až velkoplošné displeje s laserovým promítáním).

Identifikační karty (identification cards) s optickou pamětí, s lineárním resp. holografickým záznamem (viz obr. 1)

Optické disky (optical disc) jsou ploché, kruhové disky, na kterých se zaznamenávají binární data ve formě prohlubní (binárně 0) a výstupků (binárně 1), případně se využívá magnetooptický zápis (magneto-optic recording) do vrstvy speciálního materiálu.

Optická vlákna (optical fibers) jsou využívána v komunikacích [IEV], kde umožňují přenos na delší vzdálenosti a při vyšších přenosových rychlostech dat než jiné formy komunikace. Optická vlákna se používají místo kovových vodičů, protože signály jsou přenášeny s menší ztrátou a zároveň jsou vlákna imunní vůči elektromagnetickému rušení.

Typické příklady součástek [IEV] pro OE sestavy:

• fotodiody včetně solárních článků (photodiodes including solar cells);
• fototranzistory (phototransistors);
• fotonásobiče (photomultipliers);
• optočleny/optoizolátory (optoisolators);
• optické integrované obvody (integrated optical circuit);
• fotorezistory (photoresistors);
• injekční laserové diody (injection laser diodes);
• diody LED (light-emitting diodes, LED);
• diody OLED (organic LED diodes).

Klasifikace souvisejících termínů

Záznam hologramu (holographic recording process) vyžaduje (viz obr. 1):

• koherentní světelný svazek (coherent light beam);
• polopropustné zrcadlo (beam splitter);
• osvětlovací svazek (illumination beam);
• objekt (object);
• objektový svazek (object beam);
• zrcadlo (mirror);
• referenční svazek (reference beam);
• fotografickou desku (photographic plate).

Elektrooptický jev:

• lineární – Pockelsův jev (Pockels effect) ‒ využívá se v elektrooptických modulátorech atp.;
• kvadratický – Kerrův jev (Kerr electrooptic effect) vyvolává dvojlom ‒ využívá se jako polarizátor.

IEC TC 86 Vláknová optika, VO (Fibre optics, FO) sleduje problematiku:

• VO vláken a kabelů (fibres and cables);
• VO propojovacích a pasivních součástek (FO interconnecting and passive components);
• VO systémů a aktivních součástek (FO systems and active devices).

IEC TC 110 Elektronické displeje (Electronics displays) sleduje problematiku:

• displejů LCD (liquid crystal display devices);
• displejů OLED (organic light emitting diode displays);
• 3D displejů (3D display devices), včetně holografických displejů (holographic displays);
• ohebných displejů (flexible display devices);
• dotykových a interaktivních displejů (touch and interactive displays);
• laserových displejů (laser displays);
• displejů typu brýle (eyewear display).

ISO/IEC JTC 1/SC 17, publikace: ID karty s optickou pamětí (ID cards – Optical memory cards)

• ISO/IEC 11693 Identification cards – Optical memory cards
• ISO/IEC 11694 Linear recording method
• ISO/IEC 11693 – – Holographic recording method
• ISO/IEC 10373-5 Identification cards – Test methods – Part 5: Optical memory cards
• ISO/IEC 10373-9 – – Part 9: Optical memory cards – Holographic recording method

Optické paměti (optical storages) podporují následující typy záznamu:

• pouze čtení (read only) například CD-ROM;
• umožňuje záznam (recordable), např. CD-R;
• přepisovatelné (rewritable) CD-RW;
• jednou zapiš, čti mnohokrát (writeonce, read many, WORM).

Typy optických vláken:

• vícevidová (multimode), pro komunikace na krátké vzdálenosti;
• jednovidová (single mode), pro telekomunikace;
• vlákna pro speciální účely.

Vysvětlivky k souvisejícím termínům

3D displej (3D display) je zobrazovací zařízení, které poskytuje hloubkové fyziologické vjemy.

Displej s elektronickým papírem (electronic paper display) je displej, který zobrazuje informaci pomocí odrazu a obraz je udržován pomocí malého příkonu (nejlevnější čtečky bez podsvícení).

Dotyková obrazovka (touchscreen) je elektronický vizuální displej, který dokáže detekovat přítomnost a místo dotyku na zobrazovací ploše.

Elektronika se zabývá metodami řízení toku elektronů v různých prostředích a strukturách.

Fotonika (photonics) se zabývá metodami řízení toku fotonů v různých prostředích a strukturách. Jde o obor na rozhraní fyzikálních a technických věd, který se zabývá vlastnostmi a metodami využití fotonů. Pro praktické aplikace je zvlášť významné studium možností ovládání toku fotonů.

Fotonický počítač (photonic computing) bude používat fotony generované laserem pro výpočetní operace.

Holografický displej (holographic display) je autostereoskopický 3D displej, který generuje světlo, konvergující v jednotlivých bodech 3D obrazu v prostoru pomocí difrakce světla.

Interaktivní displej (interactive display) je dotykový displej, který dovoluje uživateli reagovat dotykem nebo jiným nefyzikálním vstupem provádět interaktivní zpětnou vazbu na uživatele.

Kerrův magnetooptický jev (Kerr magneto-optic effect) vyvolává dvojlom ‒ využívá se pro magnetooptické disky.

Optické vlákno (optical fibre) je válečkový dielektrický vlnovod, ve kterém se šíří elektromagnetické vlny (zpravidla světlo či infračervené záření) ve směru osy vlákna s využitím principu totálního odrazu na rozhraní dvou prostředí s rozdílným indexem lomu. Vnitřní část vlákna se nazývá jádro, okolo jádra je plášť a primární ochrana. K vazbě optického signálu na jádro musí být index lomu jádra vyšší, než má obal.

Optočlen (opto-isolator, optocoupler, photocoupler) je v elektrotechnice typ součástky, která slouží k elektrickému oddělení dvou elektrických obvodů. Využívá se například pro ochranu obsluhy elektrického zařízení před úrazem vysokým napětím.

Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR provádí základní a aplikovaný výzkum doplňovaný metrologií, publikační činností a výukou. Hlavními oblastmi výzkumu jsou fotonika, optoelektronika a elektronika.

Víceúčelová holografická karta (Holographic versatile card, viz obr. 2) o velikosti kreditní karty zahrnuje holografickou paměť (30 GB), jejíž čtení ve srovnání s optickým diskem vyžaduje drahou čtečku, avšak neobsahuje pohyblivé části.