Optoelektronika

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Předmět slouží jako úvod do problematiky optických a optoelektronických prvků pro aplikovanou elektroniku. Předmět seznámí posluchače jak s principy optických detektorů, tak i optických zdrojů. Jsou také zmíněny principy optoelektronických prvků pro informatiku a senzoriku, sluneční články, zobrazovače a displeje.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvodní přednáška. Optoelektronika, optické zdroje a detektory základní pojmy, historický vývoj a milníky, přehled aplikací.

2. Fotodetektory s přímou přeměnou-fotoelektrické jevy. Fotoodpory, fotodiody PN, PIN a APD, fototranzistor, fotonásobiče. Spektrální citlivost, dynamické a šumové vlastnosti.

3. Fotodetektory s nepřímou přeměnou-základní foto termoelektrické jevy, bolometry, termočlánky, pyroelektrické fotodetektory. Spektrální citlivost, šumové vlastnosti.

4. Principy, vlastnosti a použití nekoherentních zdrojů záření. Tepelné zdroje a výbojky, elektroluminiscenční LED, SLD.

5. Radiometrické a fotometrické veličiny osvětlování. Optické zdroje pro osvětlování, vlnovodné trubky a solektory.

6. Základní principy koherentních zdrojů záření. Pevnolátkové a plynné lasery, vlastnosti a použití.

7. Principy a funkce polovodičových koherentních zdrojů záření. Polovodičové injekční lasery. Lasery s optickými mřížkami a kvantovými jámami DFB, BFR, QW vlastnosti a použití.

8. Základní typy vláknových laserů a optických zesilovačů. Principy stimulovaných, parametrických a Ramanových optických zesilovačů a jejich použití.

9. Optický komunikační řetězec, typy a vlastnosti intenzitních a koherentních optoelektronických přijímačů a vysílačů.

10. Aplikace optoelektronických prvků pro informatiku a senzoriku, sluneční články a fotovoltaika.

11. Zobrazovací technologie a displeje s velkou hustotou, LCD, LED a QD - OLED displeje, dotykové displeje. Nové způsoby zobrazování,

12. Nové směry v kvantové optoelektronice, optický procesing, komponenty pro terrabitové systémy a paketový přenos informace a jejich integrace.

13. Elektrooptické komponenty.

14. Závěrečné shrnutí - Optoelektronika, optické zdroje a detektory v praxi.

Osnova cvičení:

1. Úvodní cvičení, seznámení z bezpečnosti práce v laboratoři a s měřenými úlohami.

2. Seznámení s programovými prostředky pro návrh osvětlování vnitřních prostor - DIALUX.

3. Seznámení s programovými prostředky pro návrh optických struktur.

4. Měření spektrálních charakteristik optických zdrojů.

5. Měření voltampérových charakteristik solárních článků.

6. Optický komunikační řetězec a systém pro optický multiplex.

7. Kolorimetrie měření pomocí spektrálního analyzátoru a vláknové sondy.

8. Měření spektrální charakteristik displejů.

9. Měření vyzařovacích charakteristik LED diod a laseru.

10. Měření prahového proudu polovodičového laseru.

11. Měření tepelné dilatace pomocí optického interferometru.

12. Měření vlastností polymerních optických vláken pro osvětlování vnitřních prostor.

13. Měření optických vláknových senzorů.

14. Kontrola protokolů z měření, zápočet.

Cíle studia:

Cíl předmětu je seznámit studenty se základy optoelektroniky, vysvětlit princip optických detektorů, zdrojů, optických zesilovačů. Výuka pokrývá široké spektrum aplikací pro displeje, informatiku a senzoriku, včetně optických integrovaných obvodů, a to jak z teoretického, tak i z širšího aplikačního pohledu. Pozornost je také věnována součástkám pro optické komunikace, součástkám pro snímání fyzikálních a chemických veličin, uvedeny jsou i důležité měřicí a diagnostické metody. V závěrečných přednáškách jsou ukázány nové trendy v kvantové optoelektronice a informatice.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

1. Elektronické podklady z přednášek předmětu ukládané na stránkách předmětu (https://moodle.fel.cvut.cz/), 2025

Doporučená literatura:

1. M. Filka, Optoelektronika pro telekomunikace a informatiku. Brno, 2009. ISBN 978-80-86785-14-1.

2. G.P. Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems, 5th Edition, WILEY 2021, ISBN: 978-1-119-73736-0.

3. Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich: Fundamentals of Photonics, 2 Volume Set (Wiley Series in Pure and Applied Optics) Wiley 2019, ISBN-10: 1119506875.

4. S.L. Chin, H. Xu, S. Yuan, Fundamentals of laser optoelectronics. Second edition. Series in optics and photonics. New Jersey: World Scientific, 2023. ISBN 978-981-125-498-7.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Elektronika a komunikace 2026 (povinně volitelný předmět)